分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響

1、第19卷 第6期 牡丹江大學(xué)學(xué)報 Vol.19 No.6 2010年6月 Journal of Mudanjiang University Jun. 2010文章編號:1008-8717(201006-0120-03分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響楊 春 風(fēng)(恩施州車壩水力發(fā)電公司,湖北 恩施 445026摘 要:論述了分布式發(fā)電的概念及其特點,重點分析了分布式電源加入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)規(guī)劃、電能質(zhì)量、可靠性、保護和電壓的影響。最后對含分布式發(fā)電電源的電力系統(tǒng)的研究方向進行了展望。關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電;規(guī)劃;電能質(zhì)量;可靠性;保護中圖分類號:TM711 文獻標識碼:A引言分布式發(fā)電(distribut

2、ed generation,DG是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負荷附近的、模塊式的、清潔環(huán)保的、發(fā)電功率在幾十千瓦到幾十兆瓦范圍內(nèi)的發(fā)電設(shè)施,目的是滿足特定用戶的需要或支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行1-4?，F(xiàn)代的大容量集中供電電力系統(tǒng)存在以下一些弊端:(1不能靈活跟蹤負荷的變化;(2對于偏遠地區(qū)的負荷不能進行理想的供電;(3大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中局部事故極易擴散導(dǎo)致大面積停電。而加入分布式發(fā)電的集中供電系統(tǒng)一般有以下優(yōu)點1-4:(1分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨立,由于用戶可以自行控制,不會發(fā)生大規(guī)模停電事故,所以安全可靠性較高。安全、不間斷地供電且可保證電力質(zhì)量。(2分布式發(fā)電可以彌補大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不

3、足,在意外災(zāi)害發(fā)生時繼續(xù)供電,已成為集中供電方式不可缺少的重要補充。(3非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū),發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電,可大大減小環(huán)保壓力。(4較少或者根本不需要輸配電設(shè)施,因而輸配電損耗很低,甚至沒有,無需建配電站,可降低或避免附加的輸配電成本,同時土建和安裝成本低。(5就地安裝,方便實現(xiàn)熱電聯(lián)供,模塊化的設(shè)計便于靈活建設(shè),維修簡單。(6調(diào)峰性能好,系統(tǒng)尖峰負荷的持續(xù)時間很短,分布在配電網(wǎng)中的分布式發(fā)電起到承擔峰荷的作用,避免了輸電線路的大規(guī)模投資。一、分布式發(fā)電技術(shù)簡介(一微型燃氣輪機技術(shù)微型燃氣輪機是以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型氣輪機。其發(fā)電效率可達30%,

4、如實行熱電聯(lián)產(chǎn),效率可提高到75%。微型燃氣輪機的特點是體積小、質(zhì)量輕、發(fā)電效率高、污染小、運行維護簡單。它是目前最成熟、最具有商業(yè)競爭力的分布式發(fā)電電源。(二燃料電池技術(shù)燃料電池的工作原理是富含氫的燃料(如天然氣、甲醇與空氣中的氧氣結(jié)合生成水,氫氧離子的定向移動在外電路形成電流,類似于電解水的逆過程。它并不燃燒燃料,而是通過電化學(xué)的過程將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。燃料電池具有巨大的潛在優(yōu)點:(1其副產(chǎn)品是熱水和少量的二氧化碳,通過熱電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)綜合利用熱能,燃料電池的發(fā)電效率幾乎是傳統(tǒng)發(fā)電廠發(fā)電效率的二倍;(2排廢量小(幾乎為零、清潔無污染、噪音低;(3安裝周期短、安裝位置靈活,可以省去配

5、電系統(tǒng)的建設(shè)。(三光伏電池技術(shù)光伏電池是將可再生的太陽能轉(zhuǎn)化成電能的一種發(fā)電裝置。國外開發(fā)的屋頂式光伏電池發(fā)電技術(shù)已得到廣泛的關(guān)注。雖然光伏電池與常規(guī)發(fā)電相比有技術(shù)條件的限制,如投資成本高、系統(tǒng)運行的隨機性等,但由于它利用的是可再生的太陽能,因此其前景依然被看好。(四風(fēng)力發(fā)電技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機組從能量轉(zhuǎn)換角度分成兩部分:風(fēng)力機和發(fā)電機。風(fēng)速作用在風(fēng)力機的葉片上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,該轉(zhuǎn)矩驅(qū)動輪轂轉(zhuǎn)動,通過齒輪箱高速軸、剎車盤和聯(lián)軸器再與異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子相聯(lián),從而發(fā)電運行。風(fēng)力發(fā)電技收稿日期:2009-12-03術(shù)在新能源領(lǐng)域已經(jīng)比較成熟,經(jīng)濟指標逐漸接近清潔煤發(fā)電。我國可利用風(fēng)能十分豐富,風(fēng)力發(fā)電前景廣闊。二、

6、分布式電源并網(wǎng)的影響(一對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響DG可能增大或減少網(wǎng)損,這取決于DG的位置、容量、負荷量的相對大小以及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等因素5。在配電網(wǎng)中的負荷附近接入分布式發(fā)電系統(tǒng),整個配電系統(tǒng)的功率流向?qū)l(fā)生變化。按節(jié)點負荷和DG出力大小的關(guān)系,可以分為以下3種情況。(1系統(tǒng)中每個節(jié)點的負荷量都大于或者等于該節(jié)點的DG輸出量。(2系統(tǒng)中至少有一個節(jié)點的DG輸出量大于該節(jié)點的負荷量,但整個系統(tǒng)DG的輸出量小于系統(tǒng)中的總負荷量。(3系統(tǒng)中至少有一個節(jié)點的DG輸出量大于該節(jié)點的負荷量,且整個系統(tǒng)DG的輸出量大于系統(tǒng)中的總負荷量。對于情況(1,DG將會對配電網(wǎng)有減少損耗的作用;對于情況(2,DG有可能會使配電

7、網(wǎng)中某些線路的損耗增加,但總的來說,整個配電網(wǎng)中的損耗還是會減少;對于情況(3,若DG的總輸出量小于總負荷量的兩倍,情況跟(2相似,否則,整個配電網(wǎng)中的系統(tǒng)損耗將會比不帶DG時還多。用可再生能源發(fā)電的DG 輸出電能受氣候等因素影響,有明顯的隨機特性和季節(jié)性,不能提供持續(xù)的電力能源,同時輸出電量會因外界眾多因素變化而產(chǎn)生變化,因此,上面幾種情況可能會交替出現(xiàn)。(二對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響2DG規(guī)劃既要考慮負荷的需求范圍、系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性以及損耗等常規(guī)電力規(guī)劃問題;同時,它的服務(wù)對象更具有針對性和特殊性。文獻6列舉了含有DG的系統(tǒng)規(guī)劃時應(yīng)考慮的具體問題,同時指出在進行此類規(guī)劃時常常易犯的錯誤。文獻7

8、從規(guī)劃的角度探討了在偏遠及農(nóng)村地區(qū)使用DG的優(yōu)勢,并且指出對于一些對供電可靠性有特殊要求的用戶,在規(guī)劃時應(yīng)優(yōu)先考慮使用DG 作為電源的合理性。文獻8介紹了一種可在MV級配電網(wǎng)中確定DG最優(yōu)安裝地點的算法。文獻9在文獻8的基礎(chǔ)上,針對實際系統(tǒng)運行中DG存在大量不確定性,采用啟發(fā)式最優(yōu)算法,并應(yīng)用決策原理,提出了一種新的規(guī)劃算法。上述文獻討論了具體情況下采用傳統(tǒng)的電網(wǎng)升級與DG電源供電等多種電網(wǎng)擴充策略之間的優(yōu)劣,并且探討了包含DG的配網(wǎng)規(guī)劃方法。但在DG對系統(tǒng)可靠性的影響方面還缺乏較深人的研究。(三對電能質(zhì)量的影響并網(wǎng)DG引起配電網(wǎng)的各種擾動會對系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響,易造成系統(tǒng)的電壓閃變,對系統(tǒng)

9、產(chǎn)生諧波污染。(四對可靠性的影響若分布式電源僅作為備用電源,則可提高系統(tǒng)供電的可靠性;但是,若DG與電網(wǎng)并聯(lián)運行,就有可能降低系統(tǒng)的可靠性,例如:對于含有大量DG的系統(tǒng),如果DG間相互協(xié)調(diào)不好,DG就會降低系統(tǒng)的可靠性。另外,在系統(tǒng)中出現(xiàn)擾動時,由于DG的高度不確定性(如受太陽輻射強度影響的光伏電池,也可能降低系統(tǒng)的可靠性,目前,實際系統(tǒng)一旦出現(xiàn)擾動,通常會切除所有的DG,使系統(tǒng)恢復(fù)到原來的結(jié)構(gòu),但這并不是最佳的解決方案。文獻10研究了當一個含有DG系統(tǒng)的配電網(wǎng)發(fā)生大擾動且處于緊急狀態(tài)時的優(yōu)化切負荷問題。文獻11提出了一種可以提高系統(tǒng)可靠性的DG孤島運行策略。(五對系統(tǒng)保護的影響傳統(tǒng)輻射狀配電

10、網(wǎng)的潮流是從電源到用戶單向流動的,且考慮到配電網(wǎng)上80%的故障是瞬時的。但是,當引入DG后,配電網(wǎng)成為一個多電源系統(tǒng),這就要求其保護設(shè)備應(yīng)具有方向性,而熔斷器和傳統(tǒng)的自動重合閘裝置并不具備方向性,如果用諸如繼電器那樣的方向性敏感元件替換配電網(wǎng)中所有的熔斷器和自動重合閘裝置,在經(jīng)濟上又是不可行的。另外,隨著大量的DG裝置參與電網(wǎng)供電,在新的電力市場格局下,電價將決定各個發(fā)電廠的投切。當電網(wǎng)電價高時,用戶側(cè)分布式電源投人發(fā)電;當電網(wǎng)電價低時,DG裝置的用戶將從電網(wǎng)購入電能。因此,在DG頻繁投切和線路潮流方向頻繁改變的情況下,如何對配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護裝置進行整定和協(xié)調(diào),將是一個非常重要的研究課題。(六

11、對電壓的影響11.對穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般呈輻射狀,穩(wěn)態(tài)運行情況下,電壓沿饋線的潮流方向逐漸降低。接入分布式電源后,在穩(wěn)態(tài)情況下(視負荷恒定不變,由于饋線上的傳輸功率減少以及DG輸出的無功支持,使得沿饋線的各負荷節(jié)點處的電壓有所提高,而電壓被抬高多少與接入的DG的位置及總?cè)萘康拇笮∮嘘P(guān)。2.對系統(tǒng)電壓波動的影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)中,有功、無功負荷隨時間變化會引起系統(tǒng)電壓波動。沿線路末端方向,電壓的波動越來越大。如果負荷集中在系統(tǒng)末端附近,電壓的波動會更大,一般盡量避免這種情況的發(fā)生。DG接入配電網(wǎng)后,會影響系統(tǒng)電壓的波動,使其增大或減小。并網(wǎng)DG由于接入位置、容量和控制的不合理,常使配電線路

12、上的負荷潮流變化較大,加大配電網(wǎng)電壓的調(diào)整難度并使其發(fā)生波動。3.控制措施基于以上分析可知,DG接人配電網(wǎng)后會對配電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生很大的影響,傳統(tǒng)的電壓控制方式可能不再適用。為此,近年來通過分析DG對配電網(wǎng)電壓的影響,提出了許多新的控制方法。文獻12通過分析DG的容量及接人位置的變化對配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響,提出當DG的總?cè)萘肯鄬τ诰W(wǎng)絡(luò)負荷較大時,配電站母線電壓應(yīng)適當降低,一般通過調(diào)節(jié)步進電壓調(diào)節(jié)器(SVR實現(xiàn),以防止部分節(jié)點電壓越限。另外,為防止在DG 退出運行后,部分節(jié)點的電壓波動太大,應(yīng)保證DG多發(fā)有功,少發(fā)無功,系統(tǒng)缺額的無功功率由其它的無功支撐設(shè)備(如電容器等補償。文獻13提出一種基

13、于PI 控制,利用變電站處潮流信息和DG所在母線的負荷信息調(diào)節(jié)可控的DG系統(tǒng)的輸出量來補償系統(tǒng)負荷波動,從而抑制系統(tǒng)電壓波動。文獻14提出可以在配電網(wǎng)中安裝基于電力電子技術(shù)的電壓補償設(shè)備,如靜止無功補償器(SVC,通過SVC與配電網(wǎng)中現(xiàn)存的電壓控制設(shè)備SVR的相互協(xié)調(diào)來抑制各種陡然變化的電壓波動。該方法并沒有利用較大容量的SVC完全替換已經(jīng)安裝在配電網(wǎng)上的SVR,而是選用容量較小的SVC與SVR協(xié)調(diào)控制,既彌補了由于SVR的時延性而不能迅速響應(yīng)陡峭的電壓波動的缺點,又具備很好的經(jīng)濟性,是一種比較實際可行的方法。文獻15針對一組DG突然退出運行而造成系統(tǒng)電壓波動的情況,提出可以通過投人經(jīng)優(yōu)化組合

14、的電容器組來抑制系統(tǒng)電壓的波動。三、今后的研究方向展望今后,DG的應(yīng)用會越來越廣泛,其主要的發(fā)展趨勢是將基于多種發(fā)電技術(shù)的不同DG系統(tǒng)接入同一配電網(wǎng)中進行統(tǒng)一調(diào)度、相互協(xié)調(diào),為系統(tǒng)提供高峰電能以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電可靠性。對DG研究領(lǐng)域進行展望,其研究方向有二個:一是DG裝置本身技術(shù)的進一步完善以及新型綠色可再生能源發(fā)電裝置的開發(fā);二是DG裝置的快速滲透對現(xiàn)有電網(wǎng)的影響以及交互作用機理的研究。針對后一個研究方向,由于其交互作用機理錯綜復(fù)雜,需要進行多層次、多方面的深入研究1-4。(一建立一個普遍適用的DG與配電網(wǎng)的并網(wǎng)標準。(二研究太陽能、風(fēng)能等分布式能源能量隨氣象條件變化的規(guī)律,建立含有隨

15、機能量預(yù)測的概率模型、電網(wǎng)發(fā)電量預(yù)測模型。研究DG輸出變化的補償措施以減小DG的不確定性對配電系統(tǒng)的影響。(三建立各種分布式發(fā)電的穩(wěn)態(tài)等值模型、系統(tǒng)的可靠性評估模型以及經(jīng)濟性評估模型。研究各種運行狀況下以及各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下DG對電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性及可靠性的影響,以及相應(yīng)的控制策略;研究DG對電力系統(tǒng)中FACTS及控制裝置的影響以及控制策略;研究大量DG接人配電網(wǎng)后對潮流、電壓及電能質(zhì)量等方面的影響及控制措施。(四建立各種分布式發(fā)電的暫態(tài)、動態(tài)分析等值模型;研究各種分布式電源對故障電流的影響和貢獻,對配電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的影響及控制策略;研究分布式電源對電力系統(tǒng)的保護的影響,開展適應(yīng)多端電源的繼電保護研

16、究;研究故障發(fā)生時含有DG的饋線解列后,由DG維持隔離區(qū)域恢復(fù)供電的控制方法。(五研究DG對現(xiàn)有電力市場機制的影響以及投資體制,建立新型的用電和供電管理體系,完善相應(yīng)的電力法規(guī),提高質(zhì)量,降低費用。(六實現(xiàn)DG系統(tǒng)間以及DG系統(tǒng)與配電網(wǎng)之間的相互協(xié)調(diào)和對各分布式電源的調(diào)度,這將涉及到通訊技術(shù)、GPS技術(shù)、DSP技術(shù)以及電力系統(tǒng)的動態(tài)測量和在線檢測技術(shù)在分布式發(fā)電中的應(yīng)用研究。(七由于DG通常歸不同所有者擁有,其運營具有較強的獨立性,因此,考慮DG的獨立性和隨機性等特點,建立能夠?qū)G實現(xiàn)全面監(jiān)測、控制和調(diào)度的新型SCADA體系,研究含有分布式能源的新型電力系統(tǒng)控制中心。(八含有大量DG的配電網(wǎng)

17、的規(guī)劃和設(shè)計,如何確定配電網(wǎng)中不同類型DG的安裝地點、安裝容量、滲透極限,以保證系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性綜合最優(yōu)化;研究分布式能源電力系統(tǒng)的隨機潮流模型與算法、分布式能源電網(wǎng)的電壓與無功控制策略,以及改進和提高系統(tǒng)承受隨機電能的能力的方法;研究隨機發(fā)電功率與常規(guī)發(fā)電功率的協(xié)調(diào)控制方法,找到系統(tǒng)的最佳運行點。參考文獻:1李蓓,李興源.分布式發(fā)電及其對配電網(wǎng)的影響J.國際電力,2005,9(3:45-49.2王建,李興源,邱曉燕.含有分布式發(fā)電裝置的電力系統(tǒng)研究綜述J.電力系統(tǒng)自動化,2005,29(24:90-96. 3梁有偉,胡志堅,陳允平.分布式發(fā)電及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述J.電網(wǎng)技術(shù),2

18、003,27(12:71-75. 4韋鋼,吳偉力,胡丹云等.分布式電源及其并網(wǎng)時對電網(wǎng)的影響J.高電壓技術(shù),2007,33(1:36-40.5Ackerman T,Knyazkin V. Interaction between distributed generation and the distribution networkC.Transmission and Distribution Conference and Exhibition: Asia Pacific, IEEE/PES, 2002,V ol.2:1357-1362.6Racklifff G. Guidelines for P

19、lanning Distributed Generation Systems. 1n: Proc. of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, V ol.3. Seattle (WA.USA. 2000:1666-1667.7Welch G. Distributed Generation Planning, In: Proc. of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, V ol .1. Seattle (WA, USA: 2000:1660-1562.8Cell

20、 G, Pilo F. Optimal Distributed Generation Allocation in MV Distribution Networks. In: Proc. of 2001 IEEE Power Engineering Society(下轉(zhuǎn)130頁它要超越學(xué)術(shù)權(quán)力、駕馭學(xué)術(shù)權(quán)力、以行政權(quán)力代替學(xué)術(shù)權(quán)力。行政權(quán)力的重要一面是在保障學(xué)術(shù)權(quán)力上行使權(quán)力,離開這一點,學(xué)校行政權(quán)力必將演化為官僚與腐敗。(三充分發(fā)揮學(xué)術(shù)權(quán)力在決策管理中的作用我國高等學(xué)校主要決策機構(gòu)的現(xiàn)實構(gòu)成是黨政干部、行政權(quán)力,應(yīng)當逐漸增加學(xué)術(shù)人員、學(xué)術(shù)權(quán)力9。學(xué)校內(nèi)要適當分權(quán),除大政方針、重大問題外,學(xué)術(shù)性

21、的事務(wù)應(yīng)盡可能交由學(xué)術(shù)人員組成的學(xué)術(shù)機構(gòu)去審議、決策。另外,高校的黨委會基本上是由學(xué)校主要領(lǐng)導(dǎo)、黨群部門負責人構(gòu)成,成員基本上是黨政人員。要從高等教育的特點出發(fā),高等學(xué)校黨委會應(yīng)該包括學(xué)術(shù)人員,如黨員中的教授或副教授(可以沒頭銜代表若干人,這樣,有利于吸收教學(xué)、科研第一線人員的意見,有利于學(xué)校大政方針制定和重大問題決策,有利于改善學(xué)術(shù)權(quán)力和行政權(quán)力的關(guān)系6。(四保障學(xué)術(shù)機構(gòu)成員的素質(zhì)學(xué)術(shù)機構(gòu)成員應(yīng)是有水平、有聲望、為人正派、責任心強的學(xué)者,是“真正的教授”,而且應(yīng)該具有廣泛的代表性。但現(xiàn)在的情形與此相距甚遠,在很多地方高校,僅有的幾位教授大部分都去擔任了校行政官員,另一些行政領(lǐng)導(dǎo)由于所處權(quán)力位

22、置,從未“教”和“授”,也能弄個教授、副教授,從未搞過象樣的研究,也是研究員、副研究員。由于“學(xué)術(shù)機構(gòu)官僚化”,此類“行政教授”反而能捷足先登,大量涌進各類學(xué)術(shù)委員會,致使學(xué)術(shù)機構(gòu)很大程度上已不能代表學(xué)術(shù)力量,自然也就難以依學(xué)術(shù)標準取人,難以提出真知灼見2。因此,應(yīng)明確規(guī)定無行政職務(wù)教授在各類學(xué)術(shù)機構(gòu)中應(yīng)占有的比例,應(yīng)通過民主選拔和領(lǐng)導(dǎo)考察相結(jié)合的方式,使他們能夠進入學(xué)術(shù)機構(gòu)?？傊?不管是從高教管理學(xué)的理論研究,還是高校內(nèi)部體制改革地位研究,以及從高等學(xué)校管理實踐來看,都要對高校中學(xué)術(shù)權(quán)力和行政權(quán)力問題進行深入的研究和探索。只有正確地處理行政權(quán)力和學(xué)術(shù)權(quán)力兩者之間的關(guān)系,地方高校才能實現(xiàn)更好更

23、快的發(fā)展。參考文獻:1董云川.論大學(xué)行政權(quán)力的泛化J.高等教育研究, 2000,(2:63-67.2胡仁東.高校質(zhì)量保證學(xué)術(shù)權(quán)力與行政權(quán)力的合理配置J.徐州師范大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版, 2003,(4:144-146.3林志達.試論高校行政管理與學(xué)術(shù)管理關(guān)系的有效協(xié)調(diào)J.昆明理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版,2008,(10: 92-96.4沈劉峽.對高校內(nèi)部管理中行政權(quán)力學(xué)術(shù)權(quán)力的幾點認識J.石油大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版,2002,(6:91-94.5盛正發(fā).大學(xué)學(xué)術(shù)權(quán)力與行政權(quán)力場效應(yīng)研究J.高教探索,2007,(6:13-16.6眭依凡.教授治校:校長民主管理學(xué)校的理念與意義J.比較教育研究,20

24、02,(2:2-7.7肖應(yīng)紅.關(guān)于我國高校行政權(quán)力泛化問題的反思J.遼寧教育研究,2004,(2:35-37.8殷朝峰,夏民.行政權(quán)力和學(xué)術(shù)權(quán)力的比較分析J.江蘇大學(xué)學(xué)報(高教研究版,2003,(3:15-18.9袁祖望.論高校學(xué)術(shù)權(quán)力的弱化與強化J.高教管理, 2004,(3:54-56.10張得祥.高等學(xué)校的學(xué)術(shù)權(quán)力與行政權(quán)力M.南京:南京師范大學(xué)出版社,2002:145-148.(上接122頁Meeting, Sydney (Australia: 2001:31-86. 9Cell G, Pilo F. MV Network Planning Under Uncertainties on

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