随着电力系统自动化水平的提高以及新的变电站通信标准IEC61850的正式颁布，研究新型数字保护装置已经变的刻不容缓。本论文围绕设计和研制一套能符合IEC61850标准下变电站应用的新型数字保护装置这一课题，主要研究以太网通信在数字保护中应用的可行性并参与设计基于双网冗余的高速以太网通信网络的网络化数字保护平台，在基于网络化数字保护平台上移植嵌入式操作系统Vxworks，讨论基于VxWorks的微机保护任务的划分并详细介绍了实现馈线保护的功能和试验测试结果。 论文开始概述了目前国内外数字继电保护产品技术的发展现状并简单分析了变电站自动化通信网络和系统标准IEC61850，对未来保护装置发展趋势进行了展望，明确了微机继电保护装置网络化、平台化、标准化的发展方向。本课题组研制的网络化数字保护装置则充分的考虑了IEC61850标准分层的意义和未来变电站自动化系统发展的必然趋势，其研究对变电站改造和建设符合lEC61850标准的变电站自动化系统有重要意义。 论文首先分析数字式继电保护装置硬件平台的发展过程，介绍了基于以太网通信技术的通用网络化数字保护硬件平台设计构想，并说明了全网络化数字保护平台的优点。全网络化数字保护平台采用模件化设计，整个装置具体功能模件包括交流变换模件、数据采集模件、数据计算和逻辑处理模件、开入开出模件、以太网Hub模件、电源模件以及人机接口模件。 其次，概述以太网通信技术的发展和技术特点，并分析以太网通信技术应用于变电站自动化系统的可行性。根据提高以太网通信实时性的研究现状，介绍双网冗余高速以太网通信方案的实现，特别详细阐述了基于以太网控制芯片LAN91Clll的以太网通信接口的设计，给出LAN91C111的初始化、以太网通信发送模块以及以太网通信中断接受模块的流程。 再次，分析了在继电保护产品软件系统中应用前后台系统和嵌入式实时操作系统的区别，阐明在继电保护硬件平台上应用嵌入式实时操作系统VxWorks的优势。并重点阐述在嵌入式处理器AT91RM9200上移植VxWorks实时操作系统的过程。 论文分析了数字继电保护软件任务划分的基本原则，合理划分数字保护的任务和任务优先级，并通过调试工具WindView验证任务调度的正确性。详细的介绍网络化数字保护平台上实现馈线保护的具体功能和保护逻辑，最后通过试验测试，证明装置各项性能优越。 最后，对本论文所开展的工作作了总结，并对进一步研究的方向进行了展望。
上传时间： 2013-04-24
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变电站自动化系统在我国应用发展十多年来，为保障电网安全经济运行发挥了重要作用。但目前也多少存在着二次接线复杂，自动化功能独立、堆砌，缺少集成应用和协同操作，数据缺乏有效利用等问题。这些问题大多是由变电站整体数字化水平不高、缺乏能够完备实现信息标准化和设备之间互操作的变电站通信标准造成的。 电力工业发展和市场化改革的深入对供电质量和电网安全经济运行的要求不断提高，作为输配电系统的信息源和执行终端，变电站数字化、信息化的要求越发迫切，数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能，高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障，特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准-IEC 61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的数字化变电站通信网络为研究对象，结合新架构的全网络化数字保护平台与试验系统研制的具体实践，展开专门研究，主要内容包括： ◇ IEC 61850的理论分析①揭示了IEC 61850与数字化变电站的内在关联。 ②总结了IEC 61850的内涵，通过分析说明IEC 61850不再是简单的通信协议，更多意味的是变电站自动化系统的功能建模方法。 ③归纳了IEC 61850的主要技术特征，包括功能分层的变电站、面向对象的信息模型、功能与通信的解耦、变电站配置语言和面向对象的数据自描述等。 ④从“类”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具备了类的共性和特性。以合并单元为例，对信息模型的属性和服务进行了具体分析。 ◇ IEC 61850的应用研究①从系统和设备两个层面总结了实践IEC 61850的一般步骤。 ②分析了采样值传输(SVC)和通用变电站事件(GSE)2类重要的通信服务。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，时间及时间同步等通信模型的特殊通信服务映射。 ④讨论了信息模型实体的构建方法，即如何让设备的实际功能、运行机制和数据能够准确和完备的实现设备对应信息模型的所有细节。IEC 61850没有对实现标准的具体方法作出规定，这给各厂商在技术实现上留出了足够的自由发挥空间。但同时我们注意到若仅在“形态”层面上实践IEC 61850，而不顾及IEC 61850的内涵和应用价值，则可能无法实现IEC 61850的预定目标或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考虑，在提出3种可能的构建方案的基础上，经过分析从中选择出作者认为最优的方案，并给出了示例。 ◇基于IEC 61850的数字化变电站通信网络(CNDS)的研究①在分析以太网介质访问控制方法的基础上，针对标准以太网存在延时不确定的问题，总结了提高以太网实时性能的主要措施，并从中选择出适用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特别是与同样基于以太网的一般局域网的区别，针对CNDS在网络可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了应对措施和解决方案。 ③提出了过程子网和全站惟一网络2种组网方案。通过分析各自的特点与实现难度，指出过程子网目前较易实现，而全站惟一网络将凭借信息高度共享等优势成为CNDS的最终形态。阐述了VLAN、由交换机实现网络冗余等组网技术在SAS中的应用方法及IED自身通信冗余的实现方法。 ④归纳了CNDS数据流的类型和到达时间规律：建立了简单数据流模型为表征数据流、研究数据流业务特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP协议及其运行机制，提出了TcP应用于CNDS的优化方法。 ⑤利用OPNET网络仿真技术，建立了EMAC和TCP/IP仿真节点模型，对以太网、TCP和交换式以太网的基本特征等进行了仿真研究；依据CNDS实际承载的功能，建立了过程子网和站级网络的动态仿真模型，围绕网络延时和端到端延时等网络性能指标，对不同组网方式和应用功能下的网络性能进行了考察，得出了具有普遍适用性的结论和建议，为分析解决此类问题提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全网络化数字保护平台与试验系统的设计与实现①阐述了一种新架构的、能够无缝接入CNDS并具有多种运行方式的全网络化数字保护平台与试验系统的软硬设计和实现方法。提出了适用于数字保护的RTOS多任务划分方法。 ②以馈线保护测控装置为例，建立了平台的IEC 61850信息模型。以此为基础，在平台内部实现了利用SMV和GOOSE报文传输采样值和开入/开出信息，即实现了遵循IEC 61850的过程层通信，为平台接入IEC 61850系统和数字化变电站做好了准备。 ③进行了保护测量功能和过程层通信试验，验证了平台的可用性和过程层通信的可靠性，为类似设计方法在间隔层IED上的应用提供了可信依据。
上传时间： 2013-05-28
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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)因功率密度大、效率高、过载能力强、控制性能优良等优点，在中小容量调速系统和高精度调速场合发展迅速。但由于永磁同步电机的磁场具有独特的交叉耦合和交叉饱和现象，且其控制系统是一个强非线性、时变和多变量系统，要实现高精度调速就需对其控制策略进行深入研究。 永磁同步电机调速系统中，位置传感器的存在使得系统成本增加、结构复杂、可靠性降低，所以永磁同步电机的无位置传感器控制成为一个新的研究热点。本文拟借助于神经网络良好的逼近能力，实现永磁同步电机的无位置传感器控制。 人工神经网络(Neural Network)可以逼近任意复杂非线性映射，具有很强的自学习自适应能力，十分适合于解决复杂的非线性控制问题。其中，BP神经网络是目前广泛应用的神经网络之一，得到了较为深入的研究，其结构简单，需要离线确定的参数少、泛化能力强、逼近精度高、实时性强，采用BP神经网络实现永磁同步电机的调速控制具有重要意义。 文中提出了基于BP神经网络的永磁同步电机自适应调速控制策略，建立了一种包含辨识网络和控制网络的双神经网络结构控制系统。辨识网络在线动态辨识系统输出并对控制网络参数进行调整，控制网络与PI控制方法相结合实现永磁同步电机自适应转速控制。仿真结果表明，该系统动态响应快、实时性较强、精度较高。 文中提出了一种基于混合训练算法的BP神经网络永磁同步电机无位置传感器控制方法。采用混沌优化和梯度下降法相结合的混合算法对BP神经网络进行离线训练后，将其用于永磁同步电机的转子位置角在线估计。结果表明，该训练算法可以有效地加快神经网络收敛速度，且估计的转子位置角误差较小、精度较高。 文中建立了以TMS320F2812芯片为核心的永磁同步电机调速控制系统，并进行了相应的软硬件设计，为实现永磁同步电机的各种控制策略奠定了实验基础。DSP控制系统为神经网络训练提供样本，为研究永磁同步电机的自适应调速控制和转子位置角估计创造了条件。
上传时间： 2013-07-03
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电力系统频率性能是电力系统主要评价指标之一，维持系统频率稳定对用户端和发电端设备具有重要意义。正常运行时电力系统的频率应保持在.50±0.2Hz范围内，电网频率若超出该范围将对用户端和发电端设备产生不利影响，例如使异步电动机超过或低于额定转速，从而对设备或产品造成不利影响。 先前，由于采用相对落后的A标准和联络线控制模式，为了遵守A标准而避免功率反调和控制无意交换电量避免被罚款，各控制区域对本区域内发电厂的一次调节性能不很关注，也没有相应的评价标准和管理规定，甚至出于自身利益的考虑允许发电厂将其一次调节功能予以闭锁。 CPS标准的实施，联络线控制模式采用先进的TBC模式，一次调节性能成为影响各控制区域评价指标好坏的因素之一。各控制区域对本区域内电厂一次调节能力开始关注，其调节性能的评价研究成为热点。 前期工作提出了一种新的评价指标。该指标依据电网频率和电厂功率这两个随机变量之间的相关系数来定量分析调节是否对频率的恢复有利。这个新的考核指标有如下的特点：第一，这是一种基于概率的用长期的实时数据累计反映机组一次调频能力的指标；第二，它能正确反映发电机组的一次调频投切状态及调节能力。 通过matlab仿真表明，前期工作所提出的新指标对发电机组的各项指标是有效的，然而前期工作所提出的新指标尚有数个问题需要解决。本文着重解决其中的均值时间长度问题和机组一次功率的获取问题。其中关于机组一次功率的获取由于机组在执行二次调节时是一二次联合动作的，而且最终的动作执行者同为汽轮机的进气阀门(火电机组的情况)，故一直是一个较难解决的问题。本文主要从机组二次调解的目标曲线出发，并做出适当调整，得到所需的一次功率。在指标的均值时间长度方面主要是针对功率和频率采样时间、频率的传输延时和SCADA系统的坏数据这三方面的影响，综合设定一个较为合理的时间长度。
上传时间： 2013-07-03
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超级电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件，它可提供超大功率并具有超长的寿命，是一种兼备电容和电池特性的新型元件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。对于大功率储能系统来说，为了满足容量和电压等级的需要，一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式构成。然而超级电容器在串并联使用时，单体电容器参数的分散性是制约其寿命和可靠性的主要因素。因此，为了提高储能效率，对超级电容器组合进行电压均衡管理具有十分重要的意义。 本文针对超级电容器串联使用时充电电压的均衡问题，对超级电容器组充放电均衡技术进行了研究，通过对现有均衡技术的分析和讨论，确定采用单电容均压方案，并利用DSP控制技术，设计了一个基于DSP控制的超级电容组电压均衡系统，解决超级电容器串联电压均衡问题。该系统主要由参数采集、PWM信号输出、开关网络控制等部分组成。系统以DSP为控制核心，采用了一只电解电容器作为中间电容传递能量，通过实时电压、电流及温度监测将采集到的信号，经A/D转换器后，送入DSP处理，系统根据得到的电压、电流信息判断电容的充放电状态，控制PWM信号的输出，进而驱动开关网络的切换，使能量在单体电容器之间快速传递，从而实现均压控制。最后，对该系统进行了仿真和实验研究，通过对上述数据的分析比较可以看出，采用此种方案进行均衡后，超级电容组单体的电压在充电过程中达到了较好的一致性。 本文设计的超级电容组电压均衡系统用于串联超级电容组的充放电均衡控制，既可实现静态均衡也可实现动态均衡。与其他均衡方案相比，该系统具有电压均衡速度快，均衡效果好的优点。
上传时间： 2013-04-24
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在伺服系统中，为了实现高精度的控制，往往需要实时地检测出电动机转子的位置。用来检测电动机转子位置的角度传感器主要有光电编码器和旋转变压器。光电编码器虽然能够达到很高的精度，但是它的抗干扰性差，不宜应用在条件恶劣的场合中；相比较而言，旋转变压器（简称旋变）由于结构简单，坚固耐用，抗干扰性强，能够应用在各种条件恶劣的场合中，所以获得了越来越广泛的应用。 本文采用的旋变样机是一种新型的磁阻式旋转变压器。分析了它的定转子结构、定子绕组的连接方式以及转子形状的优化；并在此基础上，推导出了它的正余弦输出反电势的表达式；最后在电磁场分析软件Ansoft中，以样机为原型建立了仿真模型，分析了它内部的电磁场分布以及正余弦输出反电势的波形。 其次，本文设计了一种以DSP为核心的R2D电路系统。它以振荡电路产生的正弦波电压信号作为旋变的激励信号，加上相关的外围电路，构成了旋转变压器一数字转换器，解算出了旋变的轴角θ；并在此基础上，分析了产生角度解算误差的各种因素，同时计算出了旋变的转速n。 最后，在上述解算方案的基础上，本文又给出了第二种解算方案，即：DSP产生的方波经过滤波之后作为旋变的激励信号，解算出了旋变的轴角θ；然后比较了这两种解算方案的优缺点，重点分析了激励信号中的谐波分量对正余弦输出反电势以及角度解算的影响。
上传时间： 2013-04-24
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在早期阶段，直流调速系统在传动领域中占统治地位。然而，从60年代后期开始，交流电动机在工业应用领域正在取代直流电动机，交流传动变得越来越经济和受欢迎。永磁交流伺服系统作为电气传动领域的重要组成部分，在工业、农业、航空航天等领域发挥越来越重大的作用。永磁同步电动机以其特点广泛应用于中小功率传动场合，成为研究的重要领域。然而，永磁同步电动机具有较大的转动脉动，而对于这些应用场合，转矩平滑通常是基本要求。因此，对永磁交流伺服系统的应用，必须考虑其转矩脉动的抑制问题。本文针对电机传动系统中参数变化对电机性能的影响，以永磁同步电机为例，围绕如何通过参数辨识来提高永磁同步电动机的控制性能，借助自行开发的全数字永磁交流伺服系统平台，对永磁同步电动机的磁场定向控制，参数辨识，神经网络和扩展卡尔曼滤波在控制系统中的应用，抑制转矩脉动，提高系统性能几个方面展开深入的研究。 本文从永磁同步电动机及其控制系统的基本结构出发，对通过参数辨识抑制转矩脉动进行了较为细致的分析。针对不同情况，通过改进电机的控制系统，提出了多种参数辨识方法。主要内容如下： 1、基于定子磁链方程，建立了永磁同步电动机的一般数学模型。经坐标变换，得出在静止两相（α—β）坐标系和旋转两相（d—q）坐标系下永磁同步电动机电压方程和转矩方程。 2、分析了永磁同步电动机id=0矢量控制系统的工作原理，介绍了永磁同步电动基于磁场定向的矢量控制的基本概念。经对永磁同步电动机系统进行分析，推导并建立了id=0控制时整个电机系统的数学模型。 3、基于超稳定性理论的模型参考自适应控制原理，设计了一种模型参考自适应控制系统，考虑电机参数的时变性，对永磁交流伺服系统的绕组电阻和电机负载转矩辨识进行了研究，以保持系统的动态性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，对控制性能进行了验证，仿真实验证明这种方法的可行性。 4、人工神经网络具有很强的学习性能，经过训练的多层神经网络能以任意精度逼近非线性函数，因此为非线性系统辨识提供了一个强有力的工具。本章针对永磁同步电机提出了一种以电机输出转速为目标函数的神经网络控制方案，同时应用人工神经网络理论建立和设计了负载转矩扰动辨识的算法以及相应的控制系统的补偿方法，并应用MATLAB软件进行了计算机仿真，仿真证明和传统的控制方法相比，以电机输出转速为指导值和目标函数的神经网络控制方案能有效地提高神经网络的收敛速度，能有效地改善控制系统的动态响应，具有跟踪性能好和鲁棒性较强等优点。 5、电机的参数会随着温升和磁路饱和发生变化，需进行在线实时辨识。本文利用电机的定子电流、电压和转速，采用递推最小二乘法进行在线参数辨识，该方法不需要观测的磁链信号，消除了磁链观测和参数辨识的耦合。电机状态方程由于存在状态变量的乘积项，对电机参数辨识以后，仍然是非线性方程，为了对电机状态方程进行状态估计，得到电机的参数辨识值，本文采用扩展卡尔曼滤波进行状态估计，对以上方法的仿真实验得到了满意的结果。 6、本文基于数字电机控制专用DSP自行开发了全数字永磁交流伺服系统平台，通过软件实现扩展卡尔曼滤波对电阻和磁链的估计，以及基于磁场定向的空间矢量控制算法，获得了令人满意的实验结果，证明扩展卡尔曼滤波算法对电阻和磁链的实时估计是很准确的，由此构成的永磁交流伺服系统具有良好的静、动态性能。
上传时间： 2013-07-28
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低压电器电弧运动过程三维成像理论及运动机理研究在国内外取得了一定的进展，但作为一种新型电弧研究方法，特别是对电弧运动可视化方面的研究尚处于起步阶段，其技术涉及到电器学、数值计算、图像处理、计算机科学等众多学科领域，加之电弧复杂的非线性特性及其瞬时特性，导致测量研究的困难，在电弧机理、性能分析和模型设计等方面都还不够成熟、完善。所以，在电弧模型理论研究、电器电磁机构的三维有限元分析、电器的计算机辅助设计、电弧动态特性研究等方面，存在大量的工作要做。对这些问题的深入研究，可以更好地认识电器触头在整个运动过程中极其复杂的电、热、磁、机械等一系列现象。 为了从不同角度观察分析电弧在灭弧室中的动态运动过程，本文在研究开关电器电弧图像增强及运动过程三维可视化的基础上，分析电弧形成机理、电弧特性和运动形态的基本理论，进一步考虑其模型特性和电弧等离子体磁压缩效应，建立其运动数学模型。电弧图像需要的处理主要有：图像数字化、图像平滑、图像分割、图像边缘检测、图像增强。本文提出一种基于小波变换的图像增强和直方图的图像增强算法，在保留电弧弧柱强特征的同时，突出显示电器动触头图像特征使增强后的电弧图像适合人类的视觉特征，为电弧动态过程分析和电弧可视化模型的构建提供有效的分析基础，并取得良好的电弧图像增强效果。本文构造了基于比色测温原理的电弧辐射拾取、图像采集、同步控制、数据处理等硬件装置，对试验采集装置进行了标定；将医学上成功应用的计算机层析成像理论，应用于对电弧进行三维温度场重建的研究，构造可单面阵CCD采集三组六路投影辐射强度的实验装置，通过对触头边缘检测的手段精确定位于不同光路中电弧的位置，对辐射拾取光路进行校准，编制了系统软件，实现电弧三维温度场的重建。研究数学模拟计算方法，提出了适合低压电器电弧数学模型计算的方法。用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及运动过程，将理论分析、试验研究和计算机仿真有机结合起来，使产品设计更加科学和准确，可以大大减少设计周期，减少试验的盲目性和费用，有利于提高电器产品的技术性能，对于新产品开发，优化灭弧室设计及模拟实验，具有十分重要的意义。
上传时间： 2013-04-24
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现代轧钢机的机组容量日益增大，其有功、无功负荷变动异常剧烈。由于大部分设备供电多半采用晶闸管整流装置，使电网中谐波增大，功率因数降低，出现较大的电压波动。因此研究轧钢厂供电系统电能质量的基本内容—无功补偿与谐波抑制，对提高企业供电可靠性、降低损耗、提高用电设备出力等具有重要意义。由于通用的电力分析软件不具备设计功能，因此有必要开发一套无功补偿装置设计和电能质量分析的专业软件。 该文详细分析了轧钢供电系统各个谐波源产生的谐波特点和功率因数特点，研究了广泛应用于轧钢供电系统的TCR+FC型静止无功补偿装置的补偿特性和结构特点。以此为理论基础，从软件工程的角度，开发了一套动态补偿仿真软件，其中包括人机交互界面、电力模型和运算模型等。人机交互界面是用户与软件的接口，而电力模型和运算模型是内置在软件内，对用户不可见。用户在界面上输入系统参数，通过界面调用运算模型可以自动地设计TCR+FC型静止无功补偿装置的各滤波支路和TCR支路的电路参数，除此之外，通过界面调用电力模型，用户可以从界面上读取该系统补偿前后的电能质量。 因此，该软件既是一个设计软件，又是分析软件，不仅能设计静止无功补偿装置的各支路具体电路参数，为实际轧钢系统的静止无功补偿装置的设计提供理论参考，还能对系统投入SVC前后的电能质量的变化做出详细的对比分析。 最后，以科学研究领域广泛应用的PSCAD/EMTDC软件为测试工具，在其中建立相应的电力模型。通过比较在两个软件中仿真得到的轧钢机负载曲线、电压电流波形、电压波动、谐波、功率因数等，证实了该动态软件的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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作为世界上发展最快的可再生能源，风能受到了世界各国的关注。随着风机数量的增加，研究电网故障时风力发电机的动态响应特性越来越重要。 本文以“3.2MW永磁风力发电机系统分析”为工程背景，旨在研究3.2MW永磁风力发电机及其系统在各种正常和非正常工况下的动态性能，分析变流系统和控制方法对电机性能的影响，为电机的优化设计提供参考。 首先，在对永磁风力发电机的基本理论进行论述的基础上，分析了变转速变桨距控制策略，并基于Matlab/Simulink建立了风力发电机模型，通过仿真分析了最大功率跟踪和变桨距控制下发电机的性能。 其次，研究了双PWM变流系统电机侧变流器和网侧变流器的控制方法，并基于Matlab/Simulink搭建了基于转速外环、电流内环双PI调节器的电机侧控制器模型及基于电网电压定向的电压外环、电流内环控制的网侧控制器模型。 最后，基于Matlab/Simulink对电网短路及电网电压跌落下不同控制方法下的永磁风力发电机系统的动态性能进行仿真；并对永磁风力发电机机端短路下的运行性能进行仿真，结果表明：网侧变流器的电流变化以及直流母线的电压波动对永磁风力发电机系统的动态性能影响较大，通过控制网侧变流器电流、直流母线电压的稳定，可以有效提高永磁风力发电机系统的动态性能；给定的电机设计参数符合短路电流倍数要求；永磁风力发电机通过变流装置并网可大大减小故障对发电机的冲击。
上传时间： 2013-04-24
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