基于潮流貢獻(xiàn)率的聯(lián)營市場阻塞成本分?jǐn)偡椒?/h1>
2018-09-20 06:42:36王玉萍朱剛毅黎潔郭少青賴曉文汪洋
電氣自動化 2018年3期
王玉萍, 朱剛毅， 黎潔， 郭少青， 賴曉文， 汪洋
(1.貴州電力交易中心有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550004；2.北京清大科越股份有限公司,北京 100084；3. 清華大學(xué) 電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京 100084)
0 引 言
聯(lián)營電力市場中電網(wǎng)公司作為單一買方組織發(fā)電側(cè)市場交易。當(dāng)采用統(tǒng)一出清模式出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞時，有約束出清價格將高于無約束出清價格，產(chǎn)生阻塞成本[1]。因此，當(dāng)聯(lián)營電力市場出現(xiàn)阻塞時，將導(dǎo)致電網(wǎng)企業(yè)購電成本上升。如果沒有合理的阻塞成本分?jǐn)偡椒?，不能將阻塞成本傳?dǎo)，則容易影響市場有序運(yùn)行。
隨著我國電力市場蓬勃發(fā)展，阻塞成本的分?jǐn)偡椒ㄒ殉蔀楫?dāng)前研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[2]所提出的聯(lián)營電力市場阻塞成本分?jǐn)偙举|(zhì)上為一種發(fā)電側(cè)的均衡分?jǐn)偡椒?，沒有充分考慮不同機(jī)組對阻塞的影響。文獻(xiàn)[3-4]為解決阻塞成本分?jǐn)倖栴}，從轉(zhuǎn)移分布因子出發(fā)提出了潮流轉(zhuǎn)歸分量和潮流變化量，其實(shí)質(zhì)均為量化節(jié)點(diǎn)對線路潮流的影響大小，但是并沒有考慮斷面的重載程度。文獻(xiàn)[5]則是從運(yùn)行斷面的阻塞程度出發(fā)，分析其越限程度來分?jǐn)傋枞杀?。文獻(xiàn)[6]則將阻塞成本分?jǐn)傊劣脩魝?cè)，上述改變大大簡化了聯(lián)營市場中阻塞成本分?jǐn)偟倪^程，更符合經(jīng)濟(jì)學(xué)基本原理，后續(xù)研究中也大量沿用了這種分?jǐn)偡椒╗7-9]。
針對上述問題，本文首先設(shè)計了潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)，用于量化用戶需求對阻塞的影響程度。按照我國電力體制改革文件精神，提出了阻塞成本分?jǐn)偟幕驹瓌t，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于潮流貢獻(xiàn)率的阻塞成本分?jǐn)偡椒ǎ糜诮鉀Q聯(lián)營電力市場統(tǒng)一出清模式下的阻塞成本分?jǐn)倖栴}。最后基于IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)造算例論證了本文所提方法的有效性。
1 潮流貢獻(xiàn)率的內(nèi)涵和算法
潮流貢獻(xiàn)率是各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷對電網(wǎng)運(yùn)行斷面潮流影響程度和運(yùn)行斷面重載程度的綜合量化指標(biāo)。在設(shè)計潮流貢獻(xiàn)率時，一方面需要考慮節(jié)點(diǎn)負(fù)荷對運(yùn)行斷面潮流的影響程度，是否會加重運(yùn)行斷面負(fù)擔(dān)，造成阻塞；另一方面需要考慮運(yùn)行斷面實(shí)際重載程度，是否存在阻塞的可能性。
基于以上兩方面考慮，本文所提出的潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)的計算公式如下：
(1)
運(yùn)行斷面的等效負(fù)荷率λs,t為時刻t運(yùn)行斷面s的負(fù)荷率與全網(wǎng)所有運(yùn)行斷面平均負(fù)荷率的比值，反映了運(yùn)行斷面在全網(wǎng)中的相對重載程度。
2 阻塞成本分?jǐn)傇瓌t與方法
2.1 分?jǐn)傇瓌t
《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(中發(fā)[2015]9號)》(以下簡稱“中發(fā)9號文”)頒布，拉開了我國電力市場改革的序幕。中發(fā)9號文作為我國電力體制改革綱領(lǐng)性文件，明確了我國電力市場化改革的目標(biāo)和方向。按照中發(fā)9號文及其配套文件精神[10]，本文提出的阻塞成本分?jǐn)傇瓌t包括如下方面：
(1)資源優(yōu)化配置原則。資源優(yōu)化配置是電力市場化改革的根本方向，因此在阻塞成本分?jǐn)傊斜仨殞⒂欣谫Y源優(yōu)化配置作為根本原則。
(2)需求側(cè)響應(yīng)發(fā)展原則。需求側(cè)響應(yīng)是用戶參與市場的重要途徑，對于電力技術(shù)進(jìn)步、市場效益提升和推動資源優(yōu)化配置具有顯著效益，因此在分?jǐn)偡椒ㄔO(shè)計上必須考慮如何促進(jìn)需求側(cè)響應(yīng)的發(fā)展。
(3)價格傳導(dǎo)原則。價格傳導(dǎo)原則是指阻塞成本應(yīng)完全分?jǐn)?，不能造成電網(wǎng)企業(yè)利益受損。聯(lián)營市場中電網(wǎng)企業(yè)作為市場交易組織者，代表用戶進(jìn)行發(fā)電側(cè)交易，其經(jīng)營效益對市場有序開展具有重要影響。
圖1 阻塞成本分?jǐn)倢?shí)施流程
同時在分?jǐn)偡椒ㄔO(shè)計上應(yīng)注意盡量簡單易行，便于市場成員和監(jiān)管方充分掌握其內(nèi)涵，避免由于信息不對稱造成的潛在矛盾。
2.2 分?jǐn)偡椒?/h3>
基于上述分?jǐn)傇瓌t，分?jǐn)偡椒▽?shí)施流程如圖1所示。整個實(shí)施流程包括阻塞成本測算、潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)及阻塞成本分?jǐn)偙壤嬎闩c阻塞成本分?jǐn)側(cè)齻€階段。下面將逐一介紹各階段的實(shí)施細(xì)節(jié)。
2.3 阻塞成本測算
阻塞成本為有網(wǎng)絡(luò)約束和無網(wǎng)絡(luò)約束情況下聯(lián)營市場中電網(wǎng)最優(yōu)購電成本的差。有網(wǎng)絡(luò)約束情況下電網(wǎng)最優(yōu)購電成本可表示為如下模型[11]。
(2)
當(dāng)不考慮上述兩項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)約束時，該模型即為無網(wǎng)絡(luò)約束問題，可表示為：
(3)
阻塞成本Fz即為上述有網(wǎng)絡(luò)約束的優(yōu)化目標(biāo)與無網(wǎng)絡(luò)約束下優(yōu)化目標(biāo)的差，可表示為Fz=F1-F2，單位為元。
2.4 潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)及阻塞成本分?jǐn)偙壤嬎?/h3>
根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際潮流和轉(zhuǎn)移分布因子等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按照式(1)所示計算公式，計算節(jié)點(diǎn)對各運(yùn)行斷面的潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)。據(jù)此對分?jǐn)偙壤M(jìn)行計算：首先判定各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷是否參與了需求側(cè)響應(yīng)，如果參與了需求側(cè)響應(yīng)則不進(jìn)行阻塞成本分?jǐn)?，否則須要分?jǐn)傋枞杀尽Ｗ枞杀痉謹(jǐn)偙壤饺缦拢?/p>
(4)
2.5 阻塞成本分?jǐn)?/h3>
各節(jié)點(diǎn)的用電費(fèi)用包括兩個部分：無約束出清電能費(fèi)用和阻塞成本分?jǐn)傎M(fèi)用。其中無約束成本分?jǐn)傎M(fèi)用為邊際機(jī)組的價格與各節(jié)點(diǎn)的用電量乘積，而阻塞成本則為該節(jié)點(diǎn)阻塞成本分?jǐn)偙壤莍,t與電網(wǎng)阻塞成本Fz的乘積。
3 算例驗(yàn)證
3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
本文將在IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)造算例，以驗(yàn)證分?jǐn)偡椒ǖ挠行?。IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)負(fù)荷曲線如圖3所示。6臺發(fā)電機(jī)組的基本參數(shù)信息如表1所示。
表1 機(jī)組參數(shù)
圖2 IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)
圖3 系統(tǒng)負(fù)荷曲線
圖4 各節(jié)點(diǎn)潮流貢獻(xiàn)率
3.2 算例分析
為了說明本方法的有效性，在該系統(tǒng)中增加兩個運(yùn)行斷面控制要求：①線路9→10和9→6潮流之和低于450 MW；②線路4→12、6→10、9→10和28→27潮流之和低于800 MW。
基于式(2)所示的有網(wǎng)絡(luò)約束出清模型和式(3)所示的無網(wǎng)絡(luò)約束出清模型進(jìn)行優(yōu)化分析，可以發(fā)現(xiàn)在時段09∶00至20∶00范圍內(nèi)發(fā)電機(jī)組11受到運(yùn)行斷面1限制出力不能帶滿存在阻塞問題。以時段10∶00為例，發(fā)電機(jī)組11出力只能帶480 MW。有網(wǎng)絡(luò)約束的統(tǒng)一出清邊際電價為330元/MWh，對應(yīng)的購電成本為39.6萬元；無網(wǎng)絡(luò)約束的統(tǒng)一出清邊際電價為290元/MWh，對應(yīng)的購電成本為34.8萬元。該時段的阻塞成本為4.8萬元。該時段系統(tǒng)中各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的潮流貢獻(xiàn)率如圖4所示。可以發(fā)現(xiàn)除節(jié)點(diǎn)9外，其余負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的潮流貢獻(xiàn)率均為正數(shù)。說明除了節(jié)點(diǎn)9的負(fù)荷需求是消除運(yùn)行斷面阻塞外，其余節(jié)點(diǎn)均加劇了運(yùn)行斷面的阻塞程度,而且各節(jié)點(diǎn)的潮流貢獻(xiàn)率數(shù)值相差較大，對發(fā)生阻塞的運(yùn)行斷面9→10和9→6轉(zhuǎn)移分布因子較大的節(jié)點(diǎn)其潮流貢獻(xiàn)率明顯較大。其中對運(yùn)行斷面阻塞影響最大的兩個節(jié)點(diǎn)分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)10和17。在時刻10∶00，若節(jié)點(diǎn)10參與需求側(cè)響應(yīng)，可不參與阻塞成本分?jǐn)?，其阻塞成本分?jǐn)傎M(fèi)用為0。若節(jié)點(diǎn)10未參與需求側(cè)響應(yīng)，則必須承擔(dān)阻塞成本，承擔(dān)量為1.68萬元。如果對全天累積，對于節(jié)點(diǎn)10，其所需要承擔(dān)的阻塞成本將達(dá)到28.9萬元。
這一特點(diǎn)說明，阻塞成本分?jǐn)倷C(jī)制不僅能夠?qū)⒆枞杀靖鶕?jù)用戶對運(yùn)行斷面阻塞的貢獻(xiàn)程度進(jìn)行合理分?jǐn)?，而且能夠激勵用戶積極參與需求側(cè)響應(yīng)，促進(jìn)資源優(yōu)化配置。
4 結(jié)束語
本文圍繞阻塞成本分?jǐn)倖栴}，提出了潮流貢獻(xiàn)率關(guān)鍵指標(biāo)。依照中發(fā)9號文精神明確了阻塞成本分?jǐn)偟娜矫婊驹瓌t，設(shè)計了基于潮流貢獻(xiàn)率的阻塞成本分?jǐn)偡椒?。算例表明本文所提出的方法能夠保證阻塞成本在用戶內(nèi)合理分?jǐn)?，并且有效激勵用戶積極參與需求側(cè)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。
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隨著我國電力市場蓬勃發(fā)展，阻塞成本的分?jǐn)偡椒ㄒ殉蔀楫?dāng)前研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[2]所提出的聯(lián)營電力市場阻塞成本分?jǐn)偙举|(zhì)上為一種發(fā)電側(cè)的均衡分?jǐn)偡椒?，沒有充分考慮不同機(jī)組對阻塞的影響。文獻(xiàn)[3-4]為解決阻塞成本分?jǐn)倖栴}，從轉(zhuǎn)移分布因子出發(fā)提出了潮流轉(zhuǎn)歸分量和潮流變化量，其實(shí)質(zhì)均為量化節(jié)點(diǎn)對線路潮流的影響大小，但是并沒有考慮斷面的重載程度。文獻(xiàn)[5]則是從運(yùn)行斷面的阻塞程度出發(fā)，分析其越限程度來分?jǐn)傋枞杀?。文獻(xiàn)[6]則將阻塞成本分?jǐn)傊劣脩魝?cè)，上述改變大大簡化了聯(lián)營市場中阻塞成本分?jǐn)偟倪^程，更符合經(jīng)濟(jì)學(xué)基本原理，后續(xù)研究中也大量沿用了這種分?jǐn)偡椒╗7-9]。
針對上述問題，本文首先設(shè)計了潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)，用于量化用戶需求對阻塞的影響程度。按照我國電力體制改革文件精神，提出了阻塞成本分?jǐn)偟幕驹瓌t，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于潮流貢獻(xiàn)率的阻塞成本分?jǐn)偡椒ǎ糜诮鉀Q聯(lián)營電力市場統(tǒng)一出清模式下的阻塞成本分?jǐn)倖栴}。最后基于IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)造算例論證了本文所提方法的有效性。
1 潮流貢獻(xiàn)率的內(nèi)涵和算法
潮流貢獻(xiàn)率是各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷對電網(wǎng)運(yùn)行斷面潮流影響程度和運(yùn)行斷面重載程度的綜合量化指標(biāo)。在設(shè)計潮流貢獻(xiàn)率時，一方面需要考慮節(jié)點(diǎn)負(fù)荷對運(yùn)行斷面潮流的影響程度，是否會加重運(yùn)行斷面負(fù)擔(dān)，造成阻塞；另一方面需要考慮運(yùn)行斷面實(shí)際重載程度，是否存在阻塞的可能性。
基于以上兩方面考慮，本文所提出的潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)的計算公式如下：
(1)
運(yùn)行斷面的等效負(fù)荷率λs,t為時刻t運(yùn)行斷面s的負(fù)荷率與全網(wǎng)所有運(yùn)行斷面平均負(fù)荷率的比值，反映了運(yùn)行斷面在全網(wǎng)中的相對重載程度。
2 阻塞成本分?jǐn)傇瓌t與方法
2.1 分?jǐn)傇瓌t
《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(中發(fā)[2015]9號)》(以下簡稱“中發(fā)9號文”)頒布，拉開了我國電力市場改革的序幕。中發(fā)9號文作為我國電力體制改革綱領(lǐng)性文件，明確了我國電力市場化改革的目標(biāo)和方向。按照中發(fā)9號文及其配套文件精神[10]，本文提出的阻塞成本分?jǐn)傇瓌t包括如下方面：
(1)資源優(yōu)化配置原則。資源優(yōu)化配置是電力市場化改革的根本方向，因此在阻塞成本分?jǐn)傊斜仨殞⒂欣谫Y源優(yōu)化配置作為根本原則。
(2)需求側(cè)響應(yīng)發(fā)展原則。需求側(cè)響應(yīng)是用戶參與市場的重要途徑，對于電力技術(shù)進(jìn)步、市場效益提升和推動資源優(yōu)化配置具有顯著效益，因此在分?jǐn)偡椒ㄔO(shè)計上必須考慮如何促進(jìn)需求側(cè)響應(yīng)的發(fā)展。
(3)價格傳導(dǎo)原則。價格傳導(dǎo)原則是指阻塞成本應(yīng)完全分?jǐn)?，不能造成電網(wǎng)企業(yè)利益受損。聯(lián)營市場中電網(wǎng)企業(yè)作為市場交易組織者，代表用戶進(jìn)行發(fā)電側(cè)交易，其經(jīng)營效益對市場有序開展具有重要影響。
圖1 阻塞成本分?jǐn)倢?shí)施流程
同時在分?jǐn)偡椒ㄔO(shè)計上應(yīng)注意盡量簡單易行，便于市場成員和監(jiān)管方充分掌握其內(nèi)涵，避免由于信息不對稱造成的潛在矛盾。
2.2 分?jǐn)偡椒?/h3>
基于上述分?jǐn)傇瓌t，分?jǐn)偡椒▽?shí)施流程如圖1所示。整個實(shí)施流程包括阻塞成本測算、潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)及阻塞成本分?jǐn)偙壤嬎闩c阻塞成本分?jǐn)側(cè)齻€階段。下面將逐一介紹各階段的實(shí)施細(xì)節(jié)。
2.3 阻塞成本測算
阻塞成本為有網(wǎng)絡(luò)約束和無網(wǎng)絡(luò)約束情況下聯(lián)營市場中電網(wǎng)最優(yōu)購電成本的差。有網(wǎng)絡(luò)約束情況下電網(wǎng)最優(yōu)購電成本可表示為如下模型[11]。
(2)
當(dāng)不考慮上述兩項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)約束時，該模型即為無網(wǎng)絡(luò)約束問題，可表示為：
(3)
阻塞成本Fz即為上述有網(wǎng)絡(luò)約束的優(yōu)化目標(biāo)與無網(wǎng)絡(luò)約束下優(yōu)化目標(biāo)的差，可表示為Fz=F1-F2，單位為元。
2.4 潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)及阻塞成本分?jǐn)偙壤嬎?/h3>
根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際潮流和轉(zhuǎn)移分布因子等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按照式(1)所示計算公式，計算節(jié)點(diǎn)對各運(yùn)行斷面的潮流貢獻(xiàn)率指標(biāo)。據(jù)此對分?jǐn)偙壤M(jìn)行計算：首先判定各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷是否參與了需求側(cè)響應(yīng)，如果參與了需求側(cè)響應(yīng)則不進(jìn)行阻塞成本分?jǐn)?，否則須要分?jǐn)傋枞杀尽Ｗ枞杀痉謹(jǐn)偙壤饺缦拢?/p>
(4)
2.5 阻塞成本分?jǐn)?/h3>
各節(jié)點(diǎn)的用電費(fèi)用包括兩個部分：無約束出清電能費(fèi)用和阻塞成本分?jǐn)傎M(fèi)用。其中無約束成本分?jǐn)傎M(fèi)用為邊際機(jī)組的價格與各節(jié)點(diǎn)的用電量乘積，而阻塞成本則為該節(jié)點(diǎn)阻塞成本分?jǐn)偙壤莍,t與電網(wǎng)阻塞成本Fz的乘積。
3 算例驗(yàn)證
3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
本文將在IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)造算例，以驗(yàn)證分?jǐn)偡椒ǖ挠行?。IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)負(fù)荷曲線如圖3所示。6臺發(fā)電機(jī)組的基本參數(shù)信息如表1所示。
表1 機(jī)組參數(shù)
圖2 IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)
圖3 系統(tǒng)負(fù)荷曲線
圖4 各節(jié)點(diǎn)潮流貢獻(xiàn)率
3.2 算例分析
為了說明本方法的有效性，在該系統(tǒng)中增加兩個運(yùn)行斷面控制要求：①線路9→10和9→6潮流之和低于450 MW；②線路4→12、6→10、9→10和28→27潮流之和低于800 MW。
基于式(2)所示的有網(wǎng)絡(luò)約束出清模型和式(3)所示的無網(wǎng)絡(luò)約束出清模型進(jìn)行優(yōu)化分析，可以發(fā)現(xiàn)在時段09∶00至20∶00范圍內(nèi)發(fā)電機(jī)組11受到運(yùn)行斷面1限制出力不能帶滿存在阻塞問題。以時段10∶00為例，發(fā)電機(jī)組11出力只能帶480 MW。有網(wǎng)絡(luò)約束的統(tǒng)一出清邊際電價為330元/MWh，對應(yīng)的購電成本為39.6萬元；無網(wǎng)絡(luò)約束的統(tǒng)一出清邊際電價為290元/MWh，對應(yīng)的購電成本為34.8萬元。該時段的阻塞成本為4.8萬元。該時段系統(tǒng)中各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的潮流貢獻(xiàn)率如圖4所示。可以發(fā)現(xiàn)除節(jié)點(diǎn)9外，其余負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的潮流貢獻(xiàn)率均為正數(shù)。說明除了節(jié)點(diǎn)9的負(fù)荷需求是消除運(yùn)行斷面阻塞外，其余節(jié)點(diǎn)均加劇了運(yùn)行斷面的阻塞程度,而且各節(jié)點(diǎn)的潮流貢獻(xiàn)率數(shù)值相差較大，對發(fā)生阻塞的運(yùn)行斷面9→10和9→6轉(zhuǎn)移分布因子較大的節(jié)點(diǎn)其潮流貢獻(xiàn)率明顯較大。其中對運(yùn)行斷面阻塞影響最大的兩個節(jié)點(diǎn)分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)10和17。在時刻10∶00，若節(jié)點(diǎn)10參與需求側(cè)響應(yīng)，可不參與阻塞成本分?jǐn)?，其阻塞成本分?jǐn)傎M(fèi)用為0。若節(jié)點(diǎn)10未參與需求側(cè)響應(yīng)，則必須承擔(dān)阻塞成本，承擔(dān)量為1.68萬元。如果對全天累積，對于節(jié)點(diǎn)10，其所需要承擔(dān)的阻塞成本將達(dá)到28.9萬元。
這一特點(diǎn)說明，阻塞成本分?jǐn)倷C(jī)制不僅能夠?qū)⒆枞杀靖鶕?jù)用戶對運(yùn)行斷面阻塞的貢獻(xiàn)程度進(jìn)行合理分?jǐn)?，而且能夠激勵用戶積極參與需求側(cè)響應(yīng)，促進(jìn)資源優(yōu)化配置。
4 結(jié)束語
本文圍繞阻塞成本分?jǐn)倖栴}，提出了潮流貢獻(xiàn)率關(guān)鍵指標(biāo)。依照中發(fā)9號文精神明確了阻塞成本分?jǐn)偟娜矫婊驹瓌t，設(shè)計了基于潮流貢獻(xiàn)率的阻塞成本分?jǐn)偡椒?。算例表明本文所提出的方法能夠保證阻塞成本在用戶內(nèi)合理分?jǐn)?，并且有效激勵用戶積極參與需求側(cè)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。
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