CN110401219B - 分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,该方法包括:数据准备,获取不同电价下各配用电子***历史记录所对应的数据集合,对各配用电子***的供、用能数据进行预测,得到数据集的预测输入数据;依据电价匹配所对应的数据集合,然后计算预测输入数据与各数据集之间的参考距离,进而确定各配用电子***的行为预测结果。本发明通过供、用能数据预测和数据集距离计算等来自动确定可能的行为值,大幅提高对历史运行数据搜索的效率,支撑分布式能源和用户群体交直流配用电***的各项高级功能。
Description
技术领域
本发明涉及分布式发电及交直流配用电***的技术领域,具体涉及一种分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法。
背景技术
近年来分布式发电及微网已成为国内外能源研究领域的关注热点,并随着其技术的渐趋成熟和示范建设的逐步推进,各国都将其作为智能电网的重要组成部分。在此背景下,分布式发电及微网大规模接入逐渐受到研究和关注,并且在部分资源丰富与条件成熟的地区,逐步开展包含电动汽车充电站、分布式储能、热电联供、可再生能源、微网等在内的接入示范。
地理位置相邻分布的光伏、风电、微型燃气轮机(CHP)等分布式电源与负荷可以有效组织,形成配用电子***,且能够自治运行或并入电网运行,成为分布式能源和用户的重要组织形式。因此,在分布式发电大规模接入下,配电网中将形成多个配用电子***。总体来看,目前现有的交流配用电子***集成聚合方法受到交流配电网固有结构和运行方式的限制,不能发挥可调度资源在更大空间和时间范围的互补以及供电潜力的提升。因此,通过将多个配用电子***经过AC/DC换流站跨馈线互联,可以克服目前交流配电网馈线互联和固有结构的限制,能够在更大的时空范围内进行相互之间的互济均衡。这种结构下各配用电子***能够更好地在提高可再生能源利用率、增强电力***可靠性和改善电能质量等方面发挥积极作用。这种分布式能源和用户群体交直流配用电***典型结构如图1所示,各配用电子***包含分布式能源(Distributed energy resource,DER)如光伏、风电、微型燃气轮机(CHP)、负荷,并配置AC/DC换流站。其中,AC/DC换流站是交、直流***互联的重要载体,各AC/DC换流站的交流侧分别接入配用电子***的某处母线或节点,直流侧则相互互联,尤其当多个配用电子***通过对应AC/DC换流站接入直流***时可形成多端直流结构。
随着分布式能源和用户群体日益增加,分布式能源和用户群体交直流配用电***相应增多,且各自地理位置不一、接入配电网馈线不同、各自运行目标不一致甚至相互冲突,因此传统方法难以保证各配用电子***行为预测的快速性。
发明内容
本发明要解决技术问题为:克服现有技术的不足,提供一种分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,通过供、用能数据预测和数据集距离计算等来自动确定可能的行为值,大幅提高对历史运行数据搜索的效率,支撑分布式能源和用户群体交直流配用电***的各项高级功能。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:一种分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,包括以下步骤:
第一步,数据准备,针对各配用电子***,获取其在不同电价下已存储的所有历史记录,一条完整的记录包含下一采样时刻前的等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令即CHP输出功率历史记录、AC/DC换流站行为指令即AC/DC换流站输出功率历史记录;一条完整的记录构成一组数据集,每种电价下的所有数据集构成该电价的数据集合,为第二步提供数据基础;
第二步,基于第一步获取的各配用电子***在不同电价下的数据集合,对各配用电子***下一采样时刻的供能数据和用能数据进行预测,并计算得到下一采样时刻的功率缺额预测输出值,形成第三步的输入数据,即每个配用电子***在下一时刻的等值负荷预测输出值、光伏输出功率预测输出值、风电输出功率预测输出值、以及功率缺额预测输出值;所述供能数据即各配用电子***的光伏输出功率、风电输出功率;所述用能数据即各配用电子***的等值负荷,第一步中的数据集合存储了这些数据的历史记录;
第三步,针对各配用电子***,基于下一采样时刻的电价匹配已存储的所有历史记录,挑选所对应的数据集合即在不同电价下的数据集合,然后根据第二步得到的每个配用电子***在下一时刻的等值负荷预测输出值、光伏输出功率预测输出值、风电输出功率预测输出值、以及功率缺额预测输出值计算与该数据集合中所有数据集对应的简化集之间的参考距离,确定离参考距离最近的一组数据集,利用该数据集中的CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录作为配用电子***CHP、AC/DC换流站下一采样时刻的行为预测结果,行为预测结果包括CHP行为指令预测输出值、AC/DC换流站行为指令预测输出值。
所述第一步中,具体实现如下:
(1)设定第j个配用电子***中的j=1;
(2)第j个配用电子***中,电价具备p1、p2、…pi、…、pT等多个价格,设定第i个电价为pi,T为电价总数量,获取其在不同电价下已存储的所有历史记录,一条完整的记录包含下一采样时刻前的等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录,一条完整的记录构成一组数据集,每种电价下的所有数据集构成该电价的数据集合;
设定第j个配用电子***第i个电价下的数据集合为{DATApi(Sj)},此时整体的数据集合为{DATAp1(Sj)},{DATAp2(Sj)},…,{DATApi(Sj)}…{DATApT(Sj)};其中下标Sj表示第j个配用电子***;
每个数据集合由多组数据集构成,总数为N组,设定第j个配用电子***第i个电价下的第n组数据集中的等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录分别为定义
假定第j个配用电子***第i个电价下的第n组数据集为DATAnpi(Sj),表示为:
消减每组数据集中的可调节单元项即CHP与AC/DC换流站,消减后第j个配用电子***第i个电价下的第n组数据集的简化集为DATAn,rpi(Sj):
(3)判断所有配用电子***均完成数据准备,如果是则结束;如果没有,则进行j+1,继续执行步骤(1)-(3),最终得到每个配用电子***在每种电价下的所有数据集及对应的简化集。
所述第二步,具体实现如下:
(2.1)对于一组采样数据序列x(0),x(Ts)…x(nTs)…;Ts为采样周期,n为整数,t=nTs为当前时刻,其中任意N个相邻的采样点x(nTs),x((n-1)Ts)……x((n-N+1)Ts)的滑动平均值为Y(nTs),由于滑动平均值的处理方法具有群时延特性,因此,增加预测项对下一时刻即t=(n+1)Ts进行预测性能的提升,(n+1)Ts时刻的预测输出值为YP((n+1)Ts),t=nTs时刻的预测输出值为YP(nTs),t=(n-1)Ts时刻的滑动平均值为Y((n-1)Ts),t=nTs时刻的微分值为yd(nTs),预测因子为Tp,权重系数包含a1,b1,b2,则:
YP((n+1)Ts)=a1{Y(nTs)-YP(nTs)}+{b1Y(nTs)+(1-b1)Y((n-1)Ts)}/b2+Tpyd(nTs) (1)
将任意N个相邻采样点,即x(nTs),x((n-1)Ts)……x((n-N+1)Ts)分成M等份,M为整数,并对每一等份中N/M个采样点分别求取平均值,设定t=nTs时刻N个相邻采样点的首个等份的平均值为设定t=nTs时刻N个相邻采样点的最终等份的平均值为yd(nTs)满足:
a2为权重系数;
(2.2)设定第j个配用电子***中的j=1;
(2.7)判断所有配用电子***均预测完成,如果是则结束;如果没有,则进行j+1,继续执行步骤(2.3)-(2.6),最终得到每个配用电子***在下一时刻,即(n+1)Ts时刻的等值负荷预测输出值、光伏输出功率预测输出值、风电输出功率预测输出值、以及功率缺额预测输出值。
所述第三步,具体实现如下:
(3.1)设定第j个配用电子***中的j=1;
(3.2)针对第j个配用电子***,首先根据获取的电价p,针对p1、p2、…pi、…、pT等多个价格,寻找最接近p的电价,假定为第i1个电价,记为pi1,则匹配的数据集合为{DATApi1(Sj)},其中下标Sj表示第j个配用电子***,然后针对数据集合{DATApi1(Sj)包含的所有数据集进行匹配,具体方法为:
获取第j个配用电子***第i1个电价下的所有数据集,其中第k组数据集包括:第j个配用电子***第i1个电价下的第k组数据集中等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录,分别为定义则第j个配用电子***第i1个电价下的第k组数据集为:
第j个配用电子***第i1个电价下的第k组数据集的简化集为DATAk,rpi1(Sj):
计算预测值与第k组数据集的简化集的参考距离,以dk进行表示:
c1、c2为权重系数;
其中,K为数据集的总数量,在d1,d2,…,dk…,dK中寻找最小值,其对应的下标记为k1,即此时匹配第k1组数据集的简化集,即为DATAk1,rpi1(Sj);
(3.3)确定第j个配用电子***第i1个电价下的第k1组数据集为DATAk1pi1(Sj),其中第j个配用电子***第i1个电价下的第k1组数据集中CHP行为指令历史记录为第j个配用电子***第i1个电价下的第k1组数据集中AC/DC换流站行为指令历史记录为第j个配用电子***中CHP行为指令定义为定义(n+1)Ts时刻的CHP行为指令预测输出值为第j个配用电子***中AC/DC换流站行为指令定义为定义(n+1)Ts时刻的AC/DC换流站行为指令预测输出值为则
(3.4)判断所有配用电子***均匹配完成,如果是则结束;如果没有,则进行j+1,继续执行步骤(3.2)-(3.3),最终得到每个配用电子***在下一时刻,即(n+1)Ts时刻的CHP行为指令预测输出值、AC/DC换流站行为指令预测输出值。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)分布式能源和用户群体交直流配用电***成为未来配电网中重要组网形态之一。对分布式能源和用户群体而言,现有方法存在数据驱动需要二次匹配、计算量大、且无法对未来态进行预测等瓶颈。因而,本发明提出一种分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,主要体现在利用已存储的历史记录预测下一采样时刻CHP、AC/DC换流站的行为,即输出功率的大小,而不再需要复杂、耗时较长的模型优化计算,进而实现了智能化的运行。
(2)本发明结合数据预测等手段弥补现有缺陷:通过滑动平均值改进方法对等值负荷、光伏输出功率、风电输出功率等进行预测,获取未来态所需的数据,以灵活处理交直流配用电***未来态的运行管理;基于预测数据计算与数据集的简化集之间的参考距离即可一次匹配对应的数据集,进而确定行为预测结果,计算量小、搜索效率高。
(3)此外,现有的通过利用大量的历史运行数据实现分布式能源和用户群体运行的行为预测,但实现时需要首先匹配数据集中对应的场景集,然后在从场景集中匹配对应的信息矩阵,一方面处理过程相对复杂,需要两次匹配才能完成,计算量较大;另一方面均围绕已有数据,缺乏对未来运行管理的有效支撑。本发明通过一次匹配即可确定对应的数据集,行为预测搜索的效率更高,同时利用已有数据进行短期预测,并利用改进方法提高预测准确性,使得本发明能够灵活处理交直流配用电***未来态的运行管理。
附图说明
图1为分布式能源和用户群体交直流配用电***典型结构;
图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
如图2所示,本发明方法包括以下步骤:
第一步,数据准备,获取不同电价下各配用电子***历史记录所对应的数据集合,具体实现如下:
电价具备p1、p2、…pi、…、pT等多个价格,设定第i个电价为pi,T为电价总数量,设定{DATApi}为第i个电价下的数据集合,此时整体的数据集合为{DATAp1},{DATAp2},…,{DATApi}…{DATApT};其中{DATApi}包括光伏、风电、负荷的运行数据和可调节单元的行为指令历史记录,可调节单元的行为指令包括CHP行为指令、AC/DC换流站行为指令,当{DATApi}包含总数为N的多组数据,假定DATAnpi(Sj)为第j个配用电子***在第i个电价下的第n组数据集的表示形式:
其中,下标Sj表示第j个配用电子***,分别为第j个配用电子***在第i个电价下的第n组数据集中等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录,定义
消减每条数据集中的可调节单元项,消减后第j个配用电子***在第i个电价下的第n组数据集的简化集表示为DATAn,rpi(Sj):
第二步,对各配用电子***的供、用能数据进行预测,得到数据集的预测输入数据,具体实现如下:
2.1对于一组采样数据序列x(0),x(Ts)…x(nTs)…,(Ts为采样周期,n为整数,t=nTs为当前时刻),其中任意N个相邻的采样点x(nTs),x((n-1)Ts)……x((n-N+1)Ts)的滑动平均值Y(nTs)满足:
Y(nTs)=[x(n)+x((n-1)Ts)+…+x((n-N+1)Ts)]/N (1)
由于滑动平均值的处理方法具有群时延特性,当前输入所产生的准确输出会在(N-1)Ts/2时刻后出现。因此,考虑增加预测项对下一时刻即t=(n+1)Ts进行预测,其定义如下:
YP((n+1)Ts)=a1{Y(nTs)-YP(nTs)}+{b1Y(nTs)+(1-b1)Y((n-1)Ts)}/b2+Tpyd(nTs) (2)
式中,YP((n+1)Ts)为(n+1)Ts时刻的预测输出值,YP(nTs)为t=nTs时刻的预测输出值,Y(nTs)为t=nTs时刻的滑动平均值,Y((n-1)Ts)为t=(n-1)Ts时刻的滑动平均值,yd(nTs)为t=nTs时刻的微分值,Tp为预测因子,n为整数,a1,b1,b2为权重系数。
yd(nTs)的求解步骤为:将任意N个相邻采样点,即x(nTs),x((n-1)Ts)……x((n-N+1)Ts)分成M(M为整数)等份,yd(nTs)满足:
2.2设定j=1;
2.7判断所有配用电子***均预测完成,如果是则结束;如果没有则j=j+1,继续执行步骤2.3-2.6。
第三步,依据电价匹配所对应的数据集合,然后计算预测输入数据与各数据集之间的参考距离,进而确定各配用电子***的行为预测结果,具体实现如下:
3.1设定j=1;
3.2针对第j个配用电子***,首先根据获取的电价p,针对p1、p2、…pi、…、pT等多个价格,寻找最接近p的电价,假定为第i个电价,记为pi,则匹配的数据集合为{DATApi},然后针对数据集合{DATApi}包含的所有数据集进行匹配,具体方法为:
获取第j个配用电子***在第i个电价下的所有数据集,其中,
第k组数据集的表示形式为:
第k组数据集的简化集表示为DATAk,rpi(Sj):
其中,下标Sj表示第j个配用电子***,分别为第j个配用电子***在第i个电价下的第k组数据集中等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录,定义
计算预测值与第k组数据集的简化集的参考距离,以dk进行表示:
3.3确定第j个配用电子***在第i个电价下的第k1组数据集DATAk1pi(Sj),假定第j个配用电子***中CHP行为指令定义为定义(n+1)Ts时刻的CHP行为指令预测输出值为假定第j个配用电子***中AC/DC换流站行为指令定义为定义(n+1)Ts时刻的AC/DC换流站行为指令预测输出值为则
3.4判断所有配用电子***均预测完成,如果是则结束;如果没有则j=j+1,继续执行步骤3.2-3.3。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的,而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改,均应涵盖在本发明的范围之内。
Claims (4)
1.一种分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步,数据准备,针对各配用电子***,获取其在不同电价下已存储的所有历史记录,一条完整的记录包含下一采样时刻前的等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令即CHP输出功率历史记录、AC/DC换流站行为指令即AC/DC换流站输出功率历史记录;一条完整的记录构成一组数据集,每种电价下的所有数据集构成该电价的数据集合,最终得到每个配用电子***在每种电价下的所有数据集及对应的简化集,为第二步提供数据基础;
第二步,基于第一步获取的各配用电子***在不同电价下的数据集合,对各配用电子***下一采样时刻的供能数据和用能数据进行预测,并计算得到下一采样时刻的功率缺额预测输出值,形成第三步的输入数据,即每个配用电子***在下一时刻的等值负荷预测输出值、光伏输出功率预测输出值、风电输出功率预测输出值、以及功率缺额预测输出值;所述供能数据即各配用电子***的光伏输出功率、风电输出功率;所述用能数据即各配用电子***的等值负荷,第一步中的数据集合存储了这些数据的历史记录;
第三步,针对各配用电子***,基于下一采样时刻的电价匹配已存储的所有历史记录,挑选所对应的数据集合即在不同电价下的数据集合,然后根据第二步得到的每个配用电子***在下一时刻的等值负荷预测输出值、光伏输出功率预测输出值、风电输出功率预测输出值、以及功率缺额预测输出值计算与该数据集合中所有数据集对应的简化集之间的参考距离,确定离参考距离最近的一组数据集,利用该数据集中的CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录作为配用电子***CHP、AC/DC换流站下一采样时刻的行为预测结果,行为预测结果包括CHP行为指令预测输出值、AC/DC换流站行为指令预测输出值。
2.根据权利要求1所述的分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,其特征在于:所述第一步中,具体实现如下:
(1)设定第j个配用电子***中的j=1;
(2)第j个配用电子***中,电价具备p1、p2、…pi、…、pT等多个价格,设定第i个电价为pi,T为电价总数量,获取其在不同电价下已存储的所有历史记录,一条完整的记录包含下一采样时刻前的等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录,一条完整的记录构成一组数据集,每种电价下的所有数据集构成该电价的数据集合;
设定第j个配用电子***第i个电价下的数据集合为{DATApi(Sj)},此时整体的数据集合为{DATAp1(Sj)},{DATAp2(Sj)},…,{DATApi(Sj)}…{DATApT(Sj)};
每个数据集合由多组数据集构成,总数为N组,设定第j个配用电子***第i个电价下的第n组数据集中的等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录分别为定义其中下标Sj表示第j个配用电子***;
假定第j个配用电子***第i个电价下的第n组数据集为DATAnpi(Sj),表示为:
消减每组数据集中的可调节单元项即CHP与AC/DC换流站,消减后第j个配用电子***第i个电价下的第n组数据集的简化集为DATAn,rpi(Sj):
(3)判断所有配用电子***均完成数据准备,如果是则结束;如果没有,则进行j+1,继续执行步骤(1)-(3),最终得到每个配用电子***在每种电价下的所有数据集及对应的简化集。
3.根据权利要求1所述的分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,其特征在于:所述第二步,具体实现如下:
(2.1)对于一组采样数据序列x(0),x(Ts)…x(nTs)…;Ts为采样周期,n为整数,t=nTs为当前时刻,其中任意N个相邻的采样点x(nTs),x((n-1)Ts)……x((n-N+1)Ts)的滑动平均值为Y(nTs),由于滑动平均值的处理方法具有群时延特性,因此,增加预测项对下一时刻即t=(n+1)Ts进行预测性能的提升,(n+1)Ts时刻的预测输出值为YP((n+1)Ts),t=nTs时刻的预测输出值为YP(nTs),t=(n-1)Ts时刻的滑动平均值为Y((n-1)Ts),t=nTs时刻的微分值为yd(nTs),预测因子为Tp,权重系数包含a1,b1,b2,则:
YP((n+1)Ts)=a1{Y(nTs)-YP(nTs)}+{b1Y(nTs)+(1-b1)Y((n-1)Ts)}/b2+Tpyd(nTs) (1)
将任意N个相邻采样点,即x(nTs),x((n-1)Ts)……x((n-N+1)Ts)分成M等份,M为整数,并对每一等份中N/M个采样点分别求取平均值,设定t=nTs时刻N个相邻采样点的首个等份的平均值为设定t=nTs时刻N个相邻采样点的最终等份的平均值为yd(nTs)满足:
a2为权重系数;
(2.2)设定第j个配用电子***中的j=1;
(2.7)判断所有配用电子***均预测完成,如果是则结束;如果没有,则进行j+1,继续执行步骤(2.3)-(2.6),最终得到每个配用电子***在下一时刻,即(n+1)Ts时刻的等值负荷预测输出值、光伏输出功率预测输出值、风电输出功率预测输出值、以及功率缺额预测输出值。
4.根据权利要求1所述的分布式能源和用户群体交直流配用电***智能运行方法,其特征在于:所述第三步,具体实现如下:
(3.1)设定第j个配用电子***中的j=1;
(3.2)针对第j个配用电子***,首先根据获取的电价p,针对p1、p2、…pi、…、pT等多个价格,寻找最接近p的电价,假定为第i1个电价,记为pi1,则匹配的数据集合为{DATApi1(Sj)},其中下标Sj表示第j个配用电子***,然后针对数据集合{DATApi1(Sj)包含的所有数据集进行匹配,具体方法为:
获取第j个配用电子***第i1个电价下的所有数据集,其中第k组数据集包括:第j个配用电子***第i1个电价下的第k组数据集中等值负荷历史记录、光伏输出功率历史记录、风电输出功率历史记录、功率缺额历史记录、CHP行为指令历史记录、AC/DC换流站行为指令历史记录,分别为定义则第j个配用电子***第i1个电价下的第k组数据集为:
第j个配用电子***第i1个电价下的第k组数据集的简化集为DATAk,rpi1(Sj):
计算预测值与第k组数据集的简化集的参考距离,以dk进行表示:
c1、c2为权重系数;
其中,K为数据集的总数量,在d1,d2,…,dk…,dK中寻找最小值,其对应的下标记为k1,即此时匹配第k1组数据集的简化集,即为DATAk1,rpi1(Sj);
(3.3)确定第j个配用电子***第i1个电价下的第k1组数据集为DATAk1pi1(Sj),其中第j个配用电子***第i1个电价下的第k1组数据集中CHP行为指令历史记录为第j个配用电子***第i1个电价下的第k1组数据集中AC/DC换流站行为指令历史记录为第j个配用电子***中CHP行为指令定义为定义(n+1)Ts时刻的CHP行为指令预测输出值为第j个配用电子***中AC/DC换流站行为指令定义为定义(n+1)Ts时刻的AC/DC换流站行为指令预测输出值为则
(3.4)判断所有配用电子***均匹配完成,如果是则结束;如果没有,则进行j+1,继续执行步骤(3.2)-(3.3),最终得到每个配用电子***在下一时刻,即(n+1)Ts时刻的CHP行为指令预测输出值、AC/DC换流站行为指令预测输出值。
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- 2019-07-22 CN CN201910658666.9A patent/CN110401219B/zh active Active
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CN110401219A (zh) | 2019-11-01 |
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