CN114243901A - 一种城市电网故障快速响应***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市电网故障快速响应***及方法，包括有电力调度中心、若干移动能源站以及若干停电分区，停电分区包括有加密终端，所述电力调度中心包括有加解密终端，移动能源站包括有解密终端，停电分区的故障请求信息通过加密终端加密后发送至电力调度中心的加解密终端进行验证和解密，电力调度中心的调度指令信息通过加解密终端加密后下达移动能源站的解密终端进行解密，移动能源站根据调度信息执行调度任务。根据负荷需求选定移动能源站，根据交通通行情况制定应急电源车的行驶路径，根据用户的重要性程度确定供应的优先级，极大的保证的电力供应的安全可靠性，同时采用随机密钥加密方法，进一步保证了信息交互的安全可靠性。

Description

一种城市电网故障快速响应***及方法
技术领域
本发明涉及电力调度技术领域，具体的，涉及一种城市电网故障快速响应***及方法。
背景技术
随着中国经济的发展，城市化和城镇化的进程不断加快。人口的聚集促使城市不断加速楼宇建筑，交通设施，医疗设施，安全设施，娱乐设施等基础设施的建设。这些因素都导致现代城市的负荷量大，增速快，负荷群密集地分布。步入信息化社会，人类生活生产的方方面面都和信息技术紧密结合，规划中未来的智慧城市将集成物联网、云计算、互联网技术、无线技术、低碳技术等融入城市的工业、政务***、交通***、建筑楼宇***、商业***和电力***。智慧城市的发展以及智能电网的建设必然提高电能可靠性和电能质量要求。
大城市集中了大量的保障级别较高的用户：1)商业电力用户；2)政府、安全事业电力用户；3)医疗电力用户；金融交易电力用户；5)特殊用户，如军事电力用户，特殊工业电力用户(强非线性负荷，冲击负荷)等，它们的电力供应关系到国土安全，人生安全，是电力供应力保负荷；因此，现代大城市是重要负荷的聚集地，这些重要负荷对供电中断的容忍度相当低，供电中断的成本十分高昂。综上所述，现代城市的负荷特征是1)负荷量大，增速快，分布密集；2)负荷电能质量要求高；3)重要负荷聚集。
现代大型城市的负荷对应急供电的要求是1)灵活性；2)迅速性；3)高适应性；4)连续性。灵活性要求应急供电能够根据失电地区的不同，就地实施，即跨越地理空间上的限制。迅速性要求能在负荷中断供电可容忍时间内，快速实施应急电力恢复措施，即跨越时间上的限制。高适应性要求应急电力恢复措施能够适应各种电力环境，既能直接接入负荷，也能直接接入电网馈线；既能适应线性负荷，也能适应非线性或冲击性负荷；能适应不同的电压等级；能在恶劣气候和极端条件(无辅助电源或能源情况)下进行作业。连续性是指应急电力措施有能力在电网电力恢复之前，完全覆盖被应急负荷的容量需求和时间需求，即要求有足够的电力容量和有足够长的持续供应时间。
针对以上现代城市电力应急的要求，移动应急电源(Mobile Emergency PowerSource,MEPS)应运而生。移动应急电源全称是可移动式应急用电力供应源，移动应急电源一般将电力资源装在在大型载具上，具有高强机动性，能灵活移动应急，对应急事件反应迅速。但是，仍然有以下几个问题亟需解决：现有的移动应急电源配置方案往往忽略了和电网侧耦合紧密的交通网，导致选择的路径往往不是最优的，从而在道路上浪费了大量的宝贵时间，其次，没有综合考虑停电用户的优先级，导致更大电力事故或者损失；最后，电力通信安全涉及到整个电力调度网的稳定可靠性，因此，如何实现全域用电信息的全感知以及保障感知信息的传输安全也是需要攻克的难点。
发明内容
本发明的目的是一种城市电网故障快速响应***及方法，当停电事故发生时，根据负荷需求选定可供能源的移动能源站，根据交通通行情况制定应急电源车的行驶路径，根据用户的重要性程度确定供应的优先级，极大的保证的电力供应的安全可靠性，降低了因停电事故带来的经济损失；同时采用随机密钥加密方法，进一步保证了信息交互的安全可靠性。
为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种城市电网故障快速响应***，包括有电力调度中心、若干移动能源站以及若干停电分区，所述电力调度中心与若干移动能源站、若干停电分区组成电力监控网用于实现电力网***的全感知、检测和调度任务，所述停电分区包括有加密终端，所述电力调度中心包括有加解密终端，所述移动能源站包括有解密终端，所述停电分区的故障请求信息通过加密终端加密后发送至电力调度中心的加解密终端进行验证和解密，所述电力调度中心的调度指令信息通过电力调度中心的加解密终端加密后下达至移动能源站的解密终端进行解密，移动能源站根据调度信息执行调度任务。
本方案中，电力调度中心、若干移动能源站以及若干停电分区建立电力调度网，实现信息的全感知和信息交互，通过设置在停电分区侧的加密终端、设置在电力调度中心的加解密终端以及设置在移动能源站侧的解密终端，实现了信息传输的私密性和可靠性，防止信息被拦截或者篡改导致的更大的电力安全伤害。
作为优选，所述电力调度中心包括有属性数据库、信息收发单元、主控单元以及随机数发生器；所述属性数据库存储有能源属性表和分区属性表，所述信息收发单元用于与移动能源站和停电分区进行信息交互，所述主控单元用于制定发生停电时的最优路径规划并生成调度指令；所述随机数发生器用于生成二进制随机数，将二进制随机数依次分配至加密终端和解密终端用于信息的加密和解密。
作为优选，所述能源属性表包括有若干移动储能站的公钥信息、能源容量信息以及位置信息以及留置位，所述留置位用于存放随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密调度信息的密钥。
作为优选，所述分区属性表包括若干停电分区的公钥信息、停电状态信息、能源需求信息以及地理位置信息以及留置位；留置位用于存放随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密停电分区状态信息的密钥。
一种城市电网故障快速响应方法，包括如下步骤：
S1、无停电状态下，电力调度中心根据设定的检测周期依次获取若干移动能源站以及若干停电分区的属性信息，并更新对应的能源属性表和分区属性表；
S2、停电状态下，停电分区的状态监测终端向电力调度中心发送请求信息(请求信息包括有公钥信息)，电力调度中心将对应停电分区的密钥发送至加密终端进行加密；
S3、电力调度中心接收加密完成后的状态信息，经过加密解密终端验证和解密后，制定对应的能源调度策略；电力调度中心选定对应的移动能源站并生成伪调度指令；伪调度指令中包括有加密调度指令的密钥信息；将伪调度指令加密后发送至移动能源站的解密终端；
S4、电力调度中心生成调度指令信息，并将调度指令信息加密后发送至移动能源站，经过移动能源站的解密终端解密后，执行对应的调度策略；具体的，加解密终端采用对应密钥对调度信息进行加密后发送至解密终端，解密终端采用获取的秘钥对接收到的信息进行解密得到调度信息，根据调度信息中的能源供给信息以及移动路径信息执行供给任务。
作为优选，S2包括如下步骤：
电力调度中心存储有分区属性表，所述分区属性表包括若干停电分区的公钥信息、停电状态信息、能源需求信息以及地理位置信息以及随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密停电分区状态信息的密钥；
电力调度中心接收状态监测终端发送的请求信息，根据请求信息中的公钥信息确定对应的秘钥，将密钥用停电分区的公钥加密后发送至对应加密终端，机密终端对接收的信息进行解密得到密钥，加密终端将停电状态信息、能源需求信息进行打包呈故障信息，采用密钥进行加密后采用停电分区的私钥进行签名，发送至电力调度中心进行验证和解密。
作为优选，S3包括如下步骤：
加解密终端对接收到的故障信息进行解密后，根据停电分区的地理位置信息和能源需求信息制定对应的调度信息；调度信息包括有提供补给的移动能源站位置信息、能源供给信息以及移动路径信息；
选定移动能源站后，调取能源属性表中对应的移动能源站的密钥信息，采用对应公钥对密钥进行加密后作为伪调度信息发送至解密终端，解密终端对接收到的伪调度信息进行解密后得到密钥。
作为优选，S3中，制定对应的能源调度策略包括如下步骤：
S31、若电力调度中心获取单个停电分区的请求信息，根据停电分区的能源需求信息和地理位置信息搜索最近的移动储能站，剔除能源容量不匹配的移动储能站，根据路径规划算法，选定给停电分区提供电源的移动能源站；
S32、若电力调度中心获取至少两个停电分区监控站的停电信息，根据负荷的重要性进行评估，确定路径规划策略。
作为优选，S32包括如下步骤：
对负载类型进行分类，确定各个类别的重要性指标：分别用权重α、β表示失去该负荷对生命安全的影响程度和对经济性的影响程度，权重γ表示该负荷的特殊性，以弥补去权重α、β不能完全反映负荷重要程度的缺陷，将α、β分成M个等级，若分停电区内的负荷总功率是P，则分区内停电造成的损失采用重要性权重α、β、γ以及负荷容量P来衡量，公式如下：
Li＝αiPi+βiPi+γiPi
其中：αi、βi、γi为第i个停电分区的生命安全、经济性、特殊性权重取值；Pi为第i停电区内的负荷总功率；Li为第i个停电区内停电时所造成的损失；通过比较停电分区停电状态下的损失值的大小，若损失值越大，采用S31的方式优先调度移动储能站对其进行供电。
作为优选，路径规划算法包括如下步骤：
获取停电分区的地理位置和符合能源供应条件的移动储能站的地位位置信息；根据导航软件选择可以到达的路径；根据将道路动态通行指标作为目标函数确定最优路径；目标函数如下：
Figure BDA0003352094910000041
其中，Δtj＝tej-tsj；vsj表示第j段道路的起点，vej表示第j段道路的终点，tej表示到达第j段道路终点的时间，tsj表示从第j段道路起点出发的时间，Cj表示第j段道路的通行能力，即第j段道路的每分钟通行车流量，n表示可选路径的条数。Δtj和(vej-vsj)的值可以由导航软件获得，例如谷歌地图、百度地图等等，道路的通行车流量Ci可以采用小波神经网络预测得到，小波具有以下特征：小波是长度有限的波形，而并非是无限的波形；从数值特征上来看，小波波行的平均值为0，并且直流分量为0；因此，小波函数是由基本的母小波函数经过平移变换和尺寸压缩变化得到的，小波分析能够被用来分析部分信号，因此小波具有极其良好的信号方向选择性能力，被广泛应用在数学和物理领域。
本发明的有益效果：本发明一种城市电网故障快速响应***及方法，当停电事故发生时，根据负荷需求选定可供能源的移动能源站，根据交通通行情况制定应急电源车的行驶路径，根据用户的重要性程度确定供应的优先级，极大的保证的电力供应的安全可靠性，降低了因停电事故带来的经济损失；同时采用随机密钥加密方法，保障了故障信息采集、调度指令下达整个信息传输过程私密和安全性，进一步保证了信息交互的安全可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种城市电网故障快速响应***的结构示意图。
图2为本发明的一种城市电网故障快速响应方法流程图。
图中标记说明：1-电力调度中心、2-移动能源站、3-停电分区、11-加解密终端、12-属性数据库、13-信息收发单元、14-主控单元、15-随机数发生器、21-解密终端、31-加密终端、32-状态检测终端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：如图1所示，一种城市电网故障快速响应***，包括有电力调度中心、若干移动能源站以及若干停电分区，所述电力调度中心与若干移动能源站、若干停电分区组成电力监控网用于实现电力网***的全感知、检测和调度任务，所述停电分区包括有加密终端，所述电力调度中心包括有加解密终端，所述移动能源站包括有解密终端，所述停电分区的故障请求信息通过加密终端加密后发送至电力调度中心的加解密终端进行验证和解密，所述电力调度中心的调度指令信息通过电力调度中心的加解密终端加密后下达至移动能源站的解密终端进行解密，移动能源站根据调度信息执行调度任务。
本实施例中，电力调度中心、若干移动能源站以及若干停电分区建立电力调度网，实现信息的全感知和信息交互，通过设置在停电分区侧的加密终端、设置在电力调度中心的加解密终端以及设置在移动能源站侧的解密终端，实现了信息传输的私密性和可靠性，防止信息被拦截或者篡改导致的更大的电力安全伤害。
电力调度中心包括有属性数据库、信息收发单元、主控单元以及随机数发生器；所述属性数据库存储有能源属性表和分区属性表，所述信息收发单元用于与移动能源站和停电分区进行信息交互，所述主控单元用于制定发生停电时的最优路径规划并生成调度指令；所述随机数发生器用于生成二进制随机数，将二进制随机数依次分配至加密终端和解密终端用于信息的加密和解密。
能源属性表包括有若干移动储能站的公钥信息、能源容量信息以及位置信息以及留置位，留置位用于存放随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密调度信息的密钥。
分区属性表包括若干停电分区的公钥信息、停电状态信息、能源需求信息以及地理位置信息以及留置位；留置位用于存放随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密停电分区状态信息的密钥。
如图2所示，一种城市电网故障快速响应方法，包括如下步骤：
S1、无停电状态下，电力调度中心根据设定的检测周期依次获取若干移动能源站以及若干停电分区的属性信息，并更新对应的能源属性表和分区属性表；
S2、停电状态下，停电分区的状态监测终端向电力调度中心发送请求信息(请求信息包括有公钥信息)，电力调度中心将对应停电分区的密钥发送至加密终端进行加密；
S2包括如下步骤：
电力调度中心存储有分区属性表，所述分区属性表包括若干停电分区的公钥信息、停电状态信息、能源需求信息以及地理位置信息以及随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密停电分区状态信息的密钥；
电力调度中心接收状态监测终端发送的请求信息，根据请求信息中的公钥信息确定对应的秘钥，将密钥用停电分区的公钥加密后发送至对应加密终端，机密终端对接收的信息进行解密得到密钥，加密终端将停电状态信息、能源需求信息进行打包呈故障信息，采用密钥进行加密后采用停电分区的私钥进行签名，发送至电力调度中心进行验证和解密。
S3、电力调度中心接收加密完成后的状态信息，经过加密解密终端验证和解密后，制定对应的能源调度策略；电力调度中心选定对应的移动能源站并生成伪调度指令；伪调度指令中包括有加密调度指令的密钥信息；将伪调度指令加密后发送至移动能源站的解密终端；
S3包括如下子步骤：
加解密终端对接收到的故障信息进行解密后，根据停电分区的地理位置信息和能源需求信息制定对应的调度信息；调度信息包括有提供补给的移动能源站位置信息、能源供给信息以及移动路径信息；
选定移动能源站后，调取能源属性表中对应的移动能源站的密钥信息，采用对应公钥对密钥进行加密后作为伪调度信息发送至解密终端，解密终端对接收到的伪调度信息进行解密后得到密钥。
制定对应的能源调度策略包括如下步骤：
S31、若电力调度中心获取单个停电分区的请求信息，根据停电分区的能源需求信息和地理位置信息搜索最近的移动储能站，剔除能源容量不匹配的移动储能站，根据路径规划算法，选定给停电分区提供电源的移动能源站；
S32、若电力调度中心获取至少两个停电分区监控站的停电信息，根据负荷的重要性进行评估，确定路径规划策略。
S32包括如下步骤：
对负载类型进行分类，确定各个类别的重要性指标：分别用权重α、β表示失去该负荷对生命安全的影响程度和对经济性的影响程度，权重γ表示该负荷的特殊性，以弥补去权重α、β不能完全反映负荷重要程度的缺陷，将α、β分成M个等级，若分停电区内的负荷总功率是P，则分区内停电造成的损失采用重要性权重α、β、γ以及负荷容量P来衡量，公式如下：
Li＝αiPi+βiPi+γiPi
其中：αi、βi、γi为第i个停电分区的生命安全、经济性、特殊性权重取值；Pi为第i停电区内的负荷总功率；Li为第i个停电区内停电时所造成的损失；通过比较停电分区停电状态下的损失值的大小，若损失值越大，采用S31的方式优先调度移动储能站对其进行供电。
路径规划算法包括如下步骤：
获取停电分区的地理位置和符合能源供应条件的移动储能站的地位位置信息；根据导航软件选择可以到达的路径；根据将道路动态通行指标作为目标函数确定最优路径；目标函数如下：
Figure BDA0003352094910000071
其中，Δtj＝tej-tsj；vsj表示第j段道路的起点，vej表示第j段道路的终点，tej表示到达第j段道路终点的时间，tsj表示从第j段道路起点出发的时间，Cj表示第j段道路的通行能力，即第j段道路的每分钟通行车流量，n表示可选路径的条数。Δtj和(vej-vsj)的值可以由导航软件获得，例如谷歌地图、百度地图等等，道路的通行车流量Ci可以采用小波神经网络预测得到，小波具有以下特征：小波是长度有限的波形，而并非是无限的波形；从数值特征上来看，小波波行的平均值为0，并且直流分量为0；因此，小波函数是由基本的母小波函数经过平移变换和尺寸压缩变化得到的，小波分析能够被用来分析部分信号，因此小波具有极其良好的信号方向选择性能力，被广泛应用在数学和物理领域；本领域的技术人员根据算法思想可以将其应用与交通流的预测进而得到本实施例所述的道路的通行车流量Ci。
S4、电力调度中心生成调度指令信息，并将调度指令信息加密后发送至移动能源站，经过移动能源站的解密终端解密后，执行对应的调度策略；具体的，加解密终端采用对应密钥对调度信息进行加密后发送至解密终端，解密终端采用获取的秘钥对接收到的信息进行解密得到调度信息，根据调度信息中的能源供给信息以及移动路径信息执行供给任务。
以上所述之具体实施方式为本发明一种城市电网故障快速响应***及方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种城市电网故障快速响应***，其特征在于，包括有电力调度中心、若干移动能源站以及若干停电分区，所述电力调度中心与若干移动能源站、若干停电分区组成电力监控网用于实现电力网***的全感知、检测和调度任务，所述停电分区包括有加密终端，所述电力调度中心包括有加解密终端，所述移动能源站包括有解密终端，所述停电分区的故障请求信息通过加密终端加密后发送至电力调度中心的加解密终端进行验证和解密，所述电力调度中心的调度指令信息通过电力调度中心的加解密终端加密后下达至移动能源站的解密终端进行解密，移动能源站根据调度信息执行调度任务。
2.根据权利要求1所述的一种城市电网故障快速响应***，其特征在于，所述电力调度中心包括有属性数据库、信息收发单元、主控单元以及随机数发生器；所述属性数据库存储有能源属性表和分区属性表，所述信息收发单元用于与移动能源站和停电分区进行信息交互，所述主控单元用于制定发生停电时的最优路径规划并生成调度指令；所述随机数发生器用于生成二进制随机数，将二进制随机数依次分配至加密终端和解密终端用于信息的加密和解密。
3.根据权利要求2所述的一种城市电网故障快速响应***，其特征在于，所述能源属性表包括有若干移动储能站的公钥信息、能源容量信息以及位置信息以及留置位，所述留置位用于存放随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密调度信息的密钥。
4.根据权利要求2所述的一种城市电网故障快速响应***，其特征在于，所述分区属性表包括若干停电分区的公钥信息、停电状态信息、能源需求信息以及地理位置信息以及留置位；留置位用于存放随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密停电分区状态信息的密钥。
5.一种城市电网故障快速响应方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、无停电状态下，电力调度中心根据设定的检测周期依次获取若干移动能源站以及若干停电分区的属性信息，并更新对应的能源属性表和分区属性表；
S2、停电状态下，停电分区的状态监测终端向电力调度中心发送请求信息，电力调度中心将对应停电分区的密钥发送至加密终端进行加密；
S3、电力调度中心接收加密完成后的状态信息，经过加密解密终端验证和解密后，制定对应的能源调度策略；电力调度中心选定对应的移动能源站并生成伪调度指令；伪调度指令中包括有加密调度指令的密钥信息；将伪调度指令加密后发送至移动能源站的解密终端；
S4、电力调度中心生成调度指令信息，并将调度指令信息加密后发送至移动能源站，经过移动能源站的解密终端解密后，执行对应的调度策略。
6.根据权利要求5所述的一种城市电网故障快速响应方法，其特征在于，S2包括如下步骤：电力调度中心存储有分区属性表，所述分区属性表包括若干停电分区的公钥信息、停电状态信息、能源需求信息以及地理位置信息以及随机数发生器生成的二进制随机数，所述二进制随机数作为加密停电分区状态信息的密钥；
电力调度中心接收状态监测终端发送的请求信息，根据请求信息中的公钥信息确定对应的秘钥，将密钥用停电分区的公钥加密后发送至对应加密终端，机密终端对接收的信息进行解密得到密钥，加密终端将停电状态信息、能源需求信息进行打包呈故障信息，采用密钥进行加密后采用停电分区的私钥进行签名，发送至电力调度中心进行验证和解密。
7.根据权利要求5或6所述的一种城市电网故障快速响应方法，其特征在于，S3包括如下步骤：
加解密终端对接收到的故障信息进行解密后，根据停电分区的地理位置信息和能源需求信息制定对应的调度信息；调度信息包括有提供补给的移动能源站位置信息、能源供给信息以及移动路径信息；
选定移动能源站后，调取能源属性表中对应的移动能源站的密钥信息，采用对应公钥对密钥进行加密后作为伪调度信息发送至解密终端，解密终端对接收到的伪调度信息进行解密后得到密钥。
8.根据权利要求5所述的一种城市电网故障快速响应方法，其特征在于，S3中，制定对应的能源调度策略包括如下步骤：
S31、若电力调度中心获取单个停电分区的请求信息，根据停电分区的能源需求信息和地理位置信息搜索最近的移动储能站，剔除能源容量不匹配的移动储能站，根据路径规划算法，选定给停电分区提供电源的移动能源站；
S32、若电力调度中心获取至少两个停电分区监控站的停电信息，根据负荷的重要性进行评估，确定路径规划策略。
9.根据权利要求8所述的一种城市电网故障快速响应方法，其特征在于，S32包括如下步骤：对负载类型进行分类，确定各个类别的重要性指标：分别用权重α、β表示失去该负荷对生命安全的影响程度和对经济性的影响程度，权重γ表示该负荷的特殊性，以弥补去权重α、β不能完全反映负荷重要程度的缺陷，将α、β分成M个等级，若分停电区内的负荷总功率是P，则分区内停电造成的损失采用重要性权重α、β、γ以及负荷容量P来衡量，公式如下：
Li＝αiPi+βiPi+γiPi
其中：αi、βi、γi为第i个停电分区的生命安全、经济性、特殊性权重取值；Pi为第i停电区内的负荷总功率；Li为第i个停电区内停电时所造成的损失；通过比较停电分区停电状态下的损失值的大小，若损失值越大，采用S31的方式优先调度移动储能站对其进行供电。
10.根据权利要求8或9所述的一种城市电网故障快速响应方法，其特征在于，路径规划算法包括如下步骤：
获取停电分区的地理位置和符合能源供应条件的移动储能站的地位位置信息；根据导航软件选择可以到达的路径；根据将道路动态通行指标作为目标函数确定最优路径；目标函数如下：
Figure FDA0003352094900000031
其中，Δtj＝tej-tsj；vsj表示第j段道路的起点，vej表示第j段道路的终点，tej表示到达第j段道路终点的时间，tsj表示从第j段道路起点出发的时间，Cj表示第j段道路的通行能力，即第j段道路的每分钟通行车流量，n表示可选路径的条数。
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