中国电力

2021, 54(3): 0-0.

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馈线功率控制下的主动配电网信息物理风险演化分析

翁嘉明, 刘东, 安宇, 殷浩洋, 黄植, 秦汉

2021, 54(3): 13-22. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009100

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在主动配电网信息物理系统中，信息系统与物理网架之间存在强耦合关系。在电网复杂的信息物理交互作用下，信息系统的异常或故障会直接影响并降低电力系统的运行水平，甚至引发严重的连锁故障。且相对于传统电力系统，电网信息物理系统的风险致因因素更多，交互机理更复杂，监测识别更困难。电网信息物理系统的安全风险问题已成为当前亟待解决的基础问题之一。以主动配电网为研究对象，对信息侧架构与信息物理交互机理进行分析，建立了信息攻击下的风险传递模型，揭示了故障在配电网信息物理系统中的演化机理。最后，在DIgSILENT中搭建仿真算例进行实例分析，验证了所提出模型的正确性，并对未来配电网如何抵御信息侧风险，加强安全风险防护水平提出了建议。

基于函数挖掘的能源信息物理系统数据安全风险识别算法

邓松, 蔡清媛, 高昆仑, 张建堂, 饶玮, 朱力鹏

2021, 54(3): 23-30,37. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007135

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数据安全风险评估对于能源信息物理系统安全稳定运行至关重要。现有的从二次设备、信息等角度来分析数据安全风险已经无法满足能源信息物理系统广泛的能源接入和各能源之间的能量、信息交互需求。首先提出基于粗糙集的数据安全风险要素特征选择算法，对影响能源信息物理系统中数据的安全风险特征集进行特征选择，降低能源信息物理系统数据安全风险要素集的维度；在此基础上，利用基因表达式编程（gene expression programming, GEP）的函数挖掘特性，提出基于混合GEP的能源信息物理系统数据安全风险识别算法，通过设计小生境种群生成策略以及动态自适应变异概率动态调整策略来提高数据安全风险识别的准确率和效率。仿真实验结果表明，所提算法对于复杂高维的能源信息物理系统数据安全风险集的识别和预测具有较高的准确率和较强的实用性，可为下一步制定能源信息物理系统数据安全防护策略提供理论方法支撑。

形式化方法在电网信息物理系统中的应用

黄莉, 梁云, 黄辉, 赵若涵

2021, 54(3): 31-37. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007008

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电网信息物理系统中的嵌入式终端不仅要具备常规的信息交互能力，还要在资源约束条件下，满足测控的实时性要求。面向规模庞大的复杂系统，需要引入形式化方法验证其可靠性。通过分析形式化方法在电网信息物理系统中的应用，设计实现一种适用于电网信息物理系统中嵌入式系统信息交互过程分析的形式化方法及模型检验软件工具，并结合实际案例详细分析模型检验工具的应用过程。实际案例表明，形式化方法可以缩小从高层设计到代码实现的距离，提高产品的可靠性，模型检验软件工具能够对当前嵌入式装置规模和复杂度快速增长带来的可靠性保障问题提供可参考的解决方案。

基于改进Faster RCNN的小尺度入侵目标识别及定位

马静怡, 崔昊杨, 张明达, 孙益辉, 许永鹏

2021, 54(3): 38-44. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006190

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为实现无人值守变电站视频监控系统对动态小尺寸入侵目标体的识别与定位，提出一种基于改进Faster RCNN的快速神经网络辨识方法。该方法通过构建深度卷积网络计算目标样本的强语义特征，并利用密集连接的传输通道融合位置信息，从而得到适应于小目标检测的基础骨干网络；然后利用锚框挑选出目标可能存在的区域，采用双线性插值法计算定位框的坐标以实现像素级别的精确定位。使用采集的变电站监控图像对模型进行训练，得到适应小尺寸异物的改进Faster RCNN检测模型。通过对比实验结果表明，所提改进方法在进行小尺寸异物检测时能够保持高精度并具有时效性，具备一定的工程实用价值。

基于DBSCAN-FPN的输电线路螺栓缺销检测方法

赵振兵, 张帅, 蒋炜, 吴鹏

2021, 54(3): 45-54. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005160

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螺栓作为输电线路上数量最大的紧固件，其缺陷检测是输电线路巡检工作中的一项重要内容。针对螺栓缺销为小目标，其定位困难、特征难提取的问题，提出一种基于DBSCAN算法与FPN模型相结合的螺栓缺销检测方法。首先，利用FPN模型定位螺栓缺销目标区域，同时基于DBSCAN聚类算法对具有相同形态结构的区域进行聚类；然后，改进FPN模型：基于螺栓先验知识，利用卷积网络实现自底向上的特征提取，采用双线性插值方法将特征的高层语义信息自顶向下地传递到各个层级，通过卷积滤波方法横向加强高层语义特征与高分辨率特征的融合信息，获得更优化的螺栓缺销特征表达；利用改进FPN模型实现螺栓缺销的初步检测；最后，采用DBSCAN聚类算法对初步检测结果进行误检甄别，实现了螺栓缺销的精确检测。实验结果表明，DBSCAN-FPN在自建数据集上的检测精度达到76.23%，检测效果优于FPN、R-FCN和Faster R-CNN。所提方法可以有效提高螺栓缺销检测精度，对输电线路运维有实际意义。

基于深度学习和图像识别的电力配件智能出入库

赵永良, 付鑫, 郭阳, 边迎迎, 王思宁

2021, 54(3): 55-60. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006148

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针对电力配件种类繁多、型号各异，依靠射频识别(radio frequency identification, RFID)技术开展电力配件出入库管理，不能覆盖所有电力配件，容易出现出入库、退库不准确、效率低，以及出入库电力配件质量不满足生产要求的问题，开展基于机器学习和图像识别的电力配件智能识别研究。首先采用灰度处理、二值化等方法对原始图像进行处理，之后通过最小外接矩形校正原始图像，然后以卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)、卷积递归神经网络(convolutional recurrent neural network, CRNN)等深度神经网络为核心，结合CTC损失函数，构建适用于识别电力配件的深度学习模型，并依据图像识别吻合度，同步推荐疑似配件设备。通过智能设备采集电力配件图像，采用上述方法实时识别配件名称、型号，提示外形尺寸、适用范围、产品用途。实验结果表明，基于机器学习和图像识别的电力配件智能识别结果准确率达到95%，显著提升了仓储出入库管理的智能化水平。

智能电站数据中台建设与应用

王毅, 王智微, 何新

2021, 54(3): 61-67,176. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006220

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在电站智能化建设过程中，为解决现有系统的数据孤岛、数据利用率低等问题，设计了数据中台产品。基于全域数据采集、数据湖底座建设、数据萃取与分析、数据服务化交付、数据可视化关键技术，建立了智能电站数据中台，实现了多源异构数据融合、共享和服务能力，有效提升电站精益化运行管理水平。最后介绍了智能电站数据中台的典型应用场景，对发电企业建设和应用数据中台具有一定的参考价值。

电力CPS环境下电力4G无线专网向5G演进策略

赵宏大, 陈琛, 王哲, 王海勇

2021, 54(3): 68-79. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005018

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构建高效连接、大容量带宽、低通信时延的电力无线专网，是电力信息物理系统（cyber physical system, CPS）业务可靠运行的重要保障，有必要对电力CPS环境下电力无线专网进行研究。首先分析了电力CPS环境下电力业务对通信网络的需求，结合电力业务特征研究了5G通信技术的通信组网架构。然后结合电力业务需求和5G通技术特点，提出了电力4G无线专网向5G演进目标，并构建了循序渐进的演进思路。分别提出电力4G无线专网终端、基站、回传网、核心网的演进策略。最后，对电力无线专网的演进策略进行了展望。

一种基于射频指纹的电力物联网设备身份识别方法

刘铭, 刘念, 韩晓艺, 彭林宁, 付华, 陈一悰

2021, 54(3): 80-88. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005053

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由于通信媒介的开放性，电力物联网设备的无线通信过程面临着信息安全风险。提出使用无线设备固有的射频指纹作为物联网设备身份识别的依据，并利用深度学习技术实现双向设备身份识别，以增强无线接入阶段的安全性。该方法采用边缘计算的思路，利用通信信道双向的互易性，将物联网终端设备需要完成的基站身份学习任务转移到基站处完成，降低了对于物联网设备算力、存储、能耗等方面的需求，适用于物联网应用场景。实验结果表明，该方法能够达到良好的设备身份识别性能。

5G-V2X辅助下基于站点区域类型的城市充电站规划方法

熊轲, 吴思宇, 郑海娜, 王蕊, 张煜

2021, 54(3): 89-98. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005060

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5G技术发展使用户能够通过车联网和V2X（vehicle to everything）技术快速获取周围物理环境的信息。车辆、电网运营商等也能根据路网信息进行更好的资源分配与调度，从而促进现代化智慧交通、智慧城市等发展战略的实现。考虑到现代化城市不同区域承担着不同功能，在车辆停靠、电网容量、土地约束、成本价格等方面具有不同特征，为优化充电站部署，建立了V2X辅助下城市区域特征差异充电站模型。考虑实际情况，引入M/M/S/K排队模型和用户充电决策模型对用户行为进行刻画。进一步建立优化模型，在用地面积、电网容量以及服务需求的约束下，通过充电站点选择和充电桩部署，最大化运营商收益。为求解该问题，设计了一种基于站点容量和用户充电行为的充电站网络规划方法，首先求解给定站点的最优充电桩部署数目，然后对候选站点进行筛选聚合实现充电站网络优化。仿真验证了所提优化方法的有效性，所提充电站网络优化方法能够有效提高站点内充电桩利用率，减少运营商建设成本，提升运营商整体盈利。

5G助力电力物联网：网络架构与关键技术

熊轲, 张锐晨, 王蕊, 钟桂东, 张煜

2021, 54(3): 99-108. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006230

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电力物联网（electricity internet of things, EIoT）作为物联网和智能电网的结合，能够有效整合各类通信设备以及电力资源，提高电网信息化水平及现有设备利用率，并为建设具备全面感知、高效应变、灵活处理的智慧能源互联网提供了典型范例。第5代移动通信（the fifth generation mobile communication network，5G）具备“高速率、高容量、高可靠性、低时延与低能耗”的特点，其关键技术能够满足电力系统“海量设备接入、海量电力数据传输、电网极高可靠性、灵活协同响应、设备寿命持久”的需求，因此将5G通信技术与电力物联网进行深度融合已成为下一步研究与发展的重点。首先概述了电力物联网的基本概念，并结合5G通信技术的特点，提出了基于5G的电力物联网总体架构；然后分析总结了现有5G关键技术及其在物联网中的应用，最后对5G通信技术和电力物联网融合的未来研究趋势进行展望。

考虑系统侧谐波电压波动的光伏接入点谐波发射水平评估方法

张旭, 徐永海, 刘子腾, 蒋海玮, 陶顺

2021, 54(3): 109-116. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202003086

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随着光伏逆变器的广泛应用，其运行时产生的谐波与接入点系统背景谐波叠加，引起谐波放大甚至谐振问题，评估光伏接入点谐波电压发射水平对于防范谐波问题具有重要意义。与传统的非线性负荷不同，光伏逆变器经过滤波器滤波后接入电网，公共连接点（PCC）的光伏侧谐波阻抗可能不满足传统电网中远大于系统侧谐波阻抗的条件。同时，电力电子设备的不断接入导致系统产生了大量谐波，谐波电压波动逐渐增大。因此，首先根据光伏逆变器、滤波器以及线路谐波阻抗的参数，估算光伏侧谐波阻抗；然后基于逻辑斯蒂回归（LR）对公共连接点的谐波电压、谐波电流数据对进行分类，筛选出系统侧谐波电压基本一致的数据对组，进而通过偏最小二乘法估算系统侧谐波阻抗，减小系统侧谐波电压波动的影响；最后，基于光伏侧和系统侧谐波阻抗的估算，对光伏接入点的谐波电压发射水平进行评估。通过与其他方法仿真对比分析，验证了所提方法的先进性和准确性。

一次触发闪电引起的独立地网转移电位特征分析

曹雪芬, 陈绍东, 梁红玉, 高文俊, 李和捷, 蔡占文

2021, 54(3): 117-124. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007068

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基于人工触发闪电T179的10次回击过程，分析了雷电流作用下2个独立地网的相互作用及转移地电位特征，并通过冲击低压电源浪涌保护器（SPD），计算和评估了转移地电位冲击SPD的能量。结果发现，地网隔离40 m距离产生的转移电位（TGP）电压峰值比较大，平均值可达–10.9 kV。TGP电压峰值与触发闪电电流峰值之间呈现非常好的正相关性，拟合优度R²达到0.97。冲击SPD的能量比较小，10次回击平均值为1.5 J，电子设备加装SPD浪涌保护器是相对安全。

架空输电线舞动方程建模及主共振分析

闵光云, 刘小会, 孙测世, 蔡萌琦

2021, 54(3): 125-131. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005106

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架空输电线舞动是造成线路损坏的主要原因之一，如何准确地描述输电线的舞动是一个值得关注的问题。首先通过哈密顿变分准则推导了输电线的偏微分舞动方程，然后将该方程无量纲化，计算了输电线面内对称模态以及反对称模态下的模态函数和线性频率，利用伽辽金法转化该偏微分方程为常微分方程，最后通过多尺度法分析Irvine参数对幅―频响应曲线的影响。通过分析幅―频响应曲线得知：Irvine参数越大非线性的影响越剧烈，跳跃现象越显著。当输电线发生主共振时，舞动的幅值主要由1阶模态函数决定，高阶模态函数引起的幅值远小于1阶模态函数引起的幅值。

基于EEMD-SE和PSO-KELM的短期负荷区间预测方法

张林, 刘继春

2021, 54(3): 132-140. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202001103

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准确的短期负荷预测在电力系统中发挥着至关重要的作用。近年来，大量短期负荷预测研究表明，与点预测相比，负荷的区间预测可以更有效地保证电力系统的安全运行。因此，提出一种基于EEMD-SE和PSO-KELM的短期负荷区间预测方法。首先，使用集合经验模态分解（EEMD）将原始负荷序列分解为一系列的子序列；然后，通过样本熵（SE）对各序列进行计算，量化序列的复杂程度，将SE值较小的序列进行重构；最后，通过粒子群（PSO）优化核极限学习机（KELM）的输出层权重，建立预测模型，并对各序列进行区间构造。采用南方某市不同季节的实际负荷数据对所提模型进行实验验证，仿真结果表明，与其他预测方法相比，所提方法在区间可靠性以及宽度上具有更好的效果。

基于萤火虫算法的短期电力负荷预测方法

范海虹

2021, 54(3): 141-148. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011132

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近年来，电力行业快速发展，对电力负荷进行预测也越来越重要，其中短期负荷预测对于电力系统的调度和市场运行起到极其重要的作用，精准的电力负荷预测可以有效提高发电设备利用度。融合卡帕（Kappa）测度和萤火虫算法的进行选择性集成学习方法实现短期负荷预测，该方法首先使用自展法（bootstrap抽样）生成多个学习器，然后使用Kappa测度对学习器进行初步筛选，接着使用萤火虫算法从中选择部分差异度大、准确率高的学习器参与集成，其准确率相较于单个学习器而言，有着明显提升。选取2015−2016年武汉2家激光企业的日均负荷曲线作为研究对象，进行负荷预测，通过与其他预测方法进行对比，该方法的预测精度较高。

计及配电线路参数影响的有源消弧算法分析与改进

朱占春, 闻生学, 唐金锐, 冉荣华, 袁成清, 杨华林, 牟华, 邓从中

2021, 54(3): 149-158. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201912001

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考虑到配电网馈线自身阻抗及三相耦合作用的影响，对基于有源逆变器的单相接地故障全补偿零残流消弧算法进行了深入分析，并提出了改进思路。推导了全补偿故障消弧时有源逆变器的等效注入电流公式，表明有源消弧注入电流是由故障相电压和短路点的零序输入阻抗唯一确定。分析了有源电流和有源电压消弧算法，提出需利用消弧线圈电流折算、故障过渡电阻测量、单相接地故障区段定位等方法优化有源电流消弧算法；可通过监测负载电流和定位单相接地故障位置来优化有源电压消弧算法。研究结果对配电网单相接地故障有源消弧方法的改进提供了重要的理论依据。

基于综合权重和改进ELECTRE法的黑启动方案评估

项胤兴, 林济铿

2021, 54(3): 159-167. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907094

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一个科学合理的黑启动方案直接影响系统恢复的快速性及有效性，因此如何从多个可行的恢复备选方案中评估出最优的黑启动方案就显得尤为重要。提出一种基于综合权重和改进ELECTRE法相结合的方法，并应用于黑启动方案评估。首先，综合权重是客观权重和专家权重按一定比例关系结合。其中，客观权重由传统熵权法求得，接着应用比率标度法确定评估指标的专家权重。然后通过采用三角模糊数及1-9标度法对黑启动评估方案中的定性指标进行描述，并把其与ELECTRE法相结合，克服了ELECTRE法无法适应于定性指标的评估及单纯依赖于专家权重的缺点。该方法实现了主观权重和客观权重的合理结合并改进ELECTRE法，使得黑启动方案评估更为方便，所得到的结果也更为合理。最后，算例验证了该方法的有效性和正确性。

基于加热器切除的深度调频控制技术研究与实施

陈欢乐, 归一数, 陈伟, 王阳, 卢宏林, 明磊

2021, 54(3): 168-176. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009007

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针对超超临界机组锅炉蓄热能力有限、在电网低频事故等深度调频工况下一次调频性能较差的问题，提出了基于加热器切除，充分利用回热系统蓄能参与电网调频的深度调频控制技术。通过在典型660 MW超超临界机组上开展现场试验研究，获得不同加热器切除的响应特性和对机组安全稳定运行影响，据此设计基于加热器切除的深度调频控制策略，并加以实施和试验验证。试验结果表明，该控制技术在确保机组安全稳定运行前提下，能够有效提升机组的深度调频响应性能，可作为电网大频差工况下火电机组一次调频性能提升的新策略。

进气加热对燃气-蒸汽联合循环性能影响

张涛, 刘志坦, 干雪, 付忠广, 严志远, 朱鸿飞, 邱振波

2021, 54(3): 177-184. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201911021

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以某200 MW级燃气-蒸汽联合循环机组为研究对象，利用余热锅炉尾部烟道废热加热给水并通过气-水换热器提高压气机进口空气温度，采用Aspen Plus模拟计算进气加热系统投运前后联合循环参数变化，分析空气进气加热对机组性能影响。研究结果表明，压气机进口空气温度由12.5 ℃提高至35 ℃时，50%、75%、87%负荷下燃机负荷率分别提高0.08、0.12、0.15，燃料消耗量分别降低0.11 kg/s、0.13 kg/s、0.10 kg/s，联合循环效率分别提高1.04%、1.03%、0.73%。95%负荷下燃机负荷率由0.95增大至1.00后保持不变，联合循环效率先增大后减小，100%负荷下燃机负荷率保持1.00不变，联合循环热效率持续降低。

基于超低氮燃气锅炉振动控制试验研究

姬海民, 李文锋, 杨冬, 张冀豪, 董方奇, 周屈兰, 张一帆

2021, 54(3): 185-190. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202003166

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近年来，国家及各地政府相继出台政策要求燃气锅炉必须实现超低氮排放。目前，大功率等级的燃气锅炉改造普遍采用低氮燃气燃烧器+烟气再循环系统技术路线，改造后普遍出现锅炉振动问题。依托2种大功率等级的燃气锅炉低氮改造项目，研究了低氮燃气燃烧器燃料配比、助燃空气氧含量、燃烧火焰长度三大因素对锅炉振动的影响，提出适用于该类型锅炉燃烧系统的技术改造原则和具体设计要求，为后续改造提供技术支撑。

基于全寿命周期成本的SCR脱硝系统优化分析

晏敏, 张杨, 郭博闻, 朱跃

2021, 54(3): 191-196. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907031

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在严峻的环保形势、沉重的环保设施投资和运行成本以及激烈的电力市场竞争局势下，火力发电企业的SCR脱硝装置迫切需要从粗放型向精细化运行转变。为此，将全寿命周期成本引入SCR脱硝系统，从系统投资和运行维护特点出发，建立SCR脱硝系统全寿命周期成本模型，并通过对影响各成本的主要因素进行分析，研究与探讨控制和优化全寿命周期成本的途径和措施，服务电力企业SCR脱硝系统的可持续发展和合理化利用资源。

基于数据驱动的浆液循环泵运行优化研究

徐遵义, 刘文慧, 张旭冉, 张海燕

2021, 54(3): 197-204. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202002141

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浆液循环泵是火电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中主要的耗电设备，实现浆液循环泵运行优化对降低电厂电耗、提高电厂经济效益具有重要的现实意义。针对当前火电厂浆液循环泵运行现状提出一种基于历史运行数据、采用聚类和分类相结合的浆液循环泵运行优化方法。采用模糊C均值聚类算法和基于层次分析法与熵权法加权融合的组合评价方法，对不同工况下浆液循环泵历史运行操作的自动寻优；以最优历史操作记录训练SVM分类器，使用遗传算法进行参数寻优，以实时运行数据为输入给出浆液循环泵的运行操作建议，从而实现其运行优化。以某电厂实测数据进行的仿真实验表明，使用该浆液循环泵运行优化方法，浆液循环泵耗电量最大可降低21.55%，对火电厂节能减排工作具有参考意义。

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