安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 引言

伴隨著全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型的加速，世界范圍內(nèi)電力市場中各類事件接連不斷。2022年3月25日，歐盟成員國領(lǐng)導(dǎo)人圍繞如何應(yīng)對能源價(jià)格持續(xù)上漲在比利時(shí)布魯塞爾展開激辯，但仍未能拿出統(tǒng)一對策。在此之前，2021年2月8～20日，美國得州經(jīng)歷了連續(xù)低溫天氣誘發(fā)的大停電事故，被迫執(zhí)行的負(fù)荷輪停達(dá)到2000萬千瓦以上，是美國規(guī)模人工停電事件，電力市場也受到很大沖擊。此外，美國加州、澳大利亞南澳州等地也發(fā)生過電力市場事故。由于在能源綠色低碳轉(zhuǎn)型背景之下快速發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等出力具有很強(qiáng)的不確定性，傳統(tǒng)的電力市場設(shè)計(jì)方案難再適用，使電力市場面臨多重風(fēng)險(xiǎn)。[2]

2 背景

2.1新能源接入和天氣，導(dǎo)致電力市場風(fēng)險(xiǎn)日益增強(qiáng)

由于電能的生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)過程明顯區(qū)別于其他大宗商品，電力市場具有區(qū)別于其他商品市場的一些特殊性和風(fēng)險(xiǎn)特征。第一，電能的生產(chǎn)環(huán)節(jié)包含風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源，出力具有隨機(jī)波動(dòng)性，在供需發(fā)生巨大變化時(shí)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高電價(jià)的波動(dòng)性；其次，電能無法脫離傳輸網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立存在，電能的供應(yīng)、交易、使用都依賴于由發(fā)電設(shè)施、傳輸網(wǎng)絡(luò)、配電網(wǎng)絡(luò)和用電設(shè)備組成的電力系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)，而且電能的發(fā)、輸、配、供、用是瞬時(shí)完成的。另外，用電設(shè)備的運(yùn)行和電力負(fù)荷的變動(dòng)具有隨機(jī)波動(dòng)性，其價(jià)格彈性較低，而電力系統(tǒng)和電力市場的運(yùn)行卻對安全性和平穩(wěn)性有著較高的要求。因此，在間歇性可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)的影響下，電力市場易受外界環(huán)境的影響，尤其對天氣事件較為敏感。

從近些年來電力市場風(fēng)險(xiǎn)事件對電力系統(tǒng)和國民經(jīng)濟(jì)造成的重大損失中，可以理解電力市場風(fēng)險(xiǎn)管理的重要性。2020年8月，受高溫天氣和高滲透率光伏電源接入的影響，美國加州電力系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)營商20年來處于三級緊急狀態(tài)，一度中斷超過40萬家企業(yè)與家庭的電力供應(yīng)。電力供需緊張導(dǎo)致加州每立方米天然氣價(jià)格3天內(nèi)上漲2.19美元，約為平時(shí)價(jià)格的一倍，并迅速影響到電力現(xiàn)貨市場，導(dǎo)致其尖峰電價(jià)可高達(dá)1000美元/兆瓦時(shí)。2021年2月中旬，美國得克薩斯州經(jīng)歷了一次寒潮，用電需求攀升加上風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電的減少，造成得州約有400萬家庭在嚴(yán)寒中失去了電力供應(yīng)，得州電力市場批發(fā)電價(jià)一度突破了1萬美元/兆瓦時(shí)，按當(dāng)時(shí)匯率計(jì)算電價(jià)約為人民幣65元/千瓦時(shí)。受高額批發(fā)電價(jià)影響，得州較大、建立時(shí)間長的電力合作公司——布拉索斯電力合作公司，欠下了18億美元的電力采購賬單，并因無力償債而遞交了破產(chǎn)申請。有分析認(rèn)為，此次風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的一部分原因是其電力系統(tǒng)的低碳化發(fā)展，因?yàn)榈弥萁陙盹L(fēng)電裝機(jī)占比從2006年的2%提高到目前的23%，而天然氣發(fā)電、燃煤發(fā)電等調(diào)節(jié)性能較好的穩(wěn)定電源占比則從83%降低到64%。

在以上案例中可以發(fā)現(xiàn)，在間歇性可再生能源大規(guī)模接入和惡劣天氣頻發(fā)的背景下，電力市場的風(fēng)險(xiǎn)主要來源于系統(tǒng)的不平衡電力以及相應(yīng)的波動(dòng)電價(jià)。為了保障能源綠色低碳轉(zhuǎn)型背景下電力市場的平穩(wěn)運(yùn)行，各電力市場主體需要充分利用儲能裝置、需求響應(yīng)等靈活性資源來管理電力不平衡風(fēng)險(xiǎn)，并積極探索開發(fā)電力期貨、電力期權(quán)等電力金融產(chǎn)品以管理電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)（見圖1）。

2.2利用靈活性資源，管理電力不平衡風(fēng)險(xiǎn)

儲能裝置可以通過削峰填谷解決風(fēng)、光出力高峰與負(fù)荷高峰錯(cuò)配的難題，其中響應(yīng)速度較快的電化學(xué)儲能可以提供調(diào)頻服務(wù)緩解新能源波動(dòng)導(dǎo)致的頻率不穩(wěn)定性，進(jìn)而從多個(gè)不同時(shí)間尺度上規(guī)避電力不平衡風(fēng)險(xiǎn)。需求響應(yīng)資源則可以在新能源出力降低或電力批發(fā)市場價(jià)格升高時(shí)，改變電力用戶的習(xí)慣性用電模式，減少或者推移某時(shí)段的用電負(fù)荷，對電力供應(yīng)作出響應(yīng)，從而保障電力實(shí)時(shí)平衡。電力市場環(huán)境下，電力用戶可以采用基于價(jià)格的需求響應(yīng)，根據(jù)接收到的電價(jià)信號調(diào)整其電力需求，主要包括分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)和尖峰電價(jià)等。此外，還可考慮基于綜合能源系統(tǒng)，將天然氣、熱力、氫能與新能源發(fā)電設(shè)備進(jìn)行有機(jī)整合，統(tǒng)籌安排不同形式能量的生產(chǎn)、利用與轉(zhuǎn)換，在降低新能源發(fā)電出力波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，取得合理的能源利用效率與經(jīng)濟(jì)效益。

在高比例新能源電力市場中，為了充分利用各類靈活性資源的潛在價(jià)值，需要建設(shè)有效的電力輔助服務(wù)市場機(jī)制。2022年1月18日國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》中提出，要持續(xù)完善電力輔助服務(wù)市場，推動(dòng)電力輔助服務(wù)市場更好地體現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)性資源的市場價(jià)值，建立健全調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)市場，探索用戶可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與輔助服務(wù)交易，推動(dòng)源網(wǎng)荷儲一體化建設(shè)和多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)營，完善成本分?jǐn)偤褪找婀蚕頇C(jī)制。除了已經(jīng)廣泛應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)備用、調(diào)頻產(chǎn)品之外，美國加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（California Independent System Operator，CAISO）和美國中部電力系統(tǒng)運(yùn)營商（Midcontinent Independent System Operator，MISO）還設(shè)計(jì)了一種新型電力輔助服務(wù)品種——靈活爬坡產(chǎn)品（Flexible Ramping Products，F(xiàn)RP）。FRP的設(shè)計(jì)目的在于為電力系統(tǒng)本時(shí)段預(yù)留出足夠的靈活調(diào)節(jié)空間，在考慮可再生能源出力波動(dòng)的基礎(chǔ)上，使靈活性資源的可調(diào)出力滿足下階段負(fù)荷的變動(dòng)需求，它在降低電力市場電力不平衡風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，也能為提供服務(wù)的靈活性資源所有者帶來相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

部分國家和地區(qū)，如愛爾蘭和北愛爾蘭，針對高比例新能源電力系統(tǒng)的低慣性問題，設(shè)計(jì)了快速頻率響應(yīng)（Fast Frequency Response，F(xiàn)FR）產(chǎn)品，通過在系統(tǒng)頻率突變時(shí)快速注入有功功率，彌補(bǔ)原有慣性和一次調(diào)頻容量的不足。此外，英國國家電網(wǎng)公司提出了慣性服務(wù)的概念，并在2020年1月與Drax、Rassau Grid Services、Statkraft、Triton 和Uniper五家能源企業(yè)簽訂了6年的慣性服務(wù)合同，以保證電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性。在此項(xiàng)輔助服務(wù)中，系統(tǒng)慣性的提供者不僅包括并網(wǎng)的大型發(fā)電機(jī)組，還有已經(jīng)關(guān)停的發(fā)電機(jī)組，而這些發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以電動(dòng)機(jī)模式接入電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，能夠以更低的成本為電力系統(tǒng)提供靈活性，保障系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，促進(jìn)可再生能源消納，降低相應(yīng)的電力不平衡風(fēng)險(xiǎn)。

2.3探索建立電力金融市場，管理電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)

在可再生能源大規(guī)模接入的背景下，電力現(xiàn)貨市場價(jià)格往往劇烈波動(dòng)，電力市場成員迫切需要可以管理電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的金融工具，同時(shí)也希望能夠掌握未來購售電價(jià)的變化范圍，以合理安排購售電計(jì)劃，電力金融產(chǎn)品即為具有這種風(fēng)險(xiǎn)管控功能的工具之一。2015年3月15日中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》中提出，條件成熟時(shí)，探索開展容量市場、電力期貨和衍生品等交易，并探索在全國建立統(tǒng)一的電力期貨、衍生品市場。2021年4月19日，廣州期貨交易所經(jīng)中國證監(jiān)會批準(zhǔn)成立，并計(jì)劃研發(fā)電力期貨產(chǎn)品，幫助電力交易主體規(guī)避電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)，并促進(jìn)港粵澳大灣區(qū)和我國的綠色金融發(fā)展。具體來講，常見的標(biāo)準(zhǔn)化電力金融產(chǎn)品是電力期貨和電力期權(quán)，這些電力金融衍生品都基于商品或金融期貨和期權(quán)的概念發(fā)展而來。其中，電力期貨是指以特定價(jià)格進(jìn)行買賣，在將來某一特定時(shí)間開始交割，并在特定時(shí)間段內(nèi)交割完畢，以電力期貨合約形式進(jìn)行交易的電力商品。電力期權(quán)則是一種選擇權(quán)，其交易實(shí)質(zhì)是對于電力商品使用權(quán)的買賣，它賦予了持有者在某一確定的時(shí)間以某個(gè)確定的價(jià)格交易電力相關(guān)標(biāo)的的權(quán)利。電力期權(quán)分為看跌期權(quán)和看漲期權(quán)，或歐式期權(quán)和美式期權(quán)，電力期權(quán)的標(biāo)的物可以是電力現(xiàn)貨和電力期貨。

由于電力網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)*的復(fù)雜性，各個(gè)物理節(jié)點(diǎn)間供需不平衡導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中電力價(jià)格存在差異，難以形成統(tǒng)一的電力價(jià)格而不利于電力期貨市場的發(fā)展。為解決此問題，美國PJM電力市場在所管轄的電網(wǎng)建立了若干交易中心節(jié)點(diǎn)，對應(yīng)相關(guān)多個(gè)實(shí)際物理節(jié)點(diǎn)。該中心節(jié)點(diǎn)的電價(jià)是這些節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)（Locational Marginal Price，LMP）的加權(quán)平均，即中心節(jié)點(diǎn)的LMP是PJM電力市場的電價(jià)指數(shù)，基于中心節(jié)點(diǎn)的LMP可開發(fā)出各類電力金融衍生品。如圖2所示，在美國洲際交易所（Intercontinental Exchange，ICE）可以購買到美國7大區(qū)域電力市場的165種電力期貨產(chǎn)品和15種電力期權(quán)產(chǎn)品。

另外，在LMP定價(jià)機(jī)制下，針對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)阻塞和損耗所引起的電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)，美國電力市場還設(shè)計(jì)了一個(gè)金融工具——金融輸電權(quán)（Financial Transmission Rights，F(xiàn)TR），其價(jià)值取決于日前電力市場中相應(yīng)定價(jià)節(jié)點(diǎn)的LMP。在美國，F(xiàn)TR交易場所一般由一級市場和二級市場組成。在一級市場中，獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商將電網(wǎng)全部FTR向市場參與者出售，其容量主要由可用輸電容量（Available Transfer Capacity，ATC）決定；在二級市場中，市場參與者可以根據(jù)自身風(fēng)險(xiǎn)偏好和對日前市場LMP的預(yù)測，將一級市場購買的FTR進(jìn)行自由買賣。FTR的概念早于1992年正式提出，并已成為現(xiàn)代電力市場中電力金融衍生品。截至目前，美國CAISO、MISO等7大獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商都已先后投運(yùn)了FTR市場。

2.4適合我國國情的，電力市場風(fēng)險(xiǎn)管理思路

由于我國電力市場所面臨的宏觀政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境、改革目標(biāo)和路徑、體制機(jī)制等與國外電力市場有所不同，電力市場所面臨的風(fēng)險(xiǎn)類型和程度等也存在較大差異。需在充分借鑒國外電力市場風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究適合我國國情的風(fēng)險(xiǎn)管理措施。根據(jù)對電力市場風(fēng)險(xiǎn)著眼點(diǎn)的不同，有的學(xué)者將電力市場風(fēng)險(xiǎn)劃分為市場力風(fēng)險(xiǎn)、缺電風(fēng)險(xiǎn)、電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)、信息風(fēng)險(xiǎn)、系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、電力市場規(guī)則的缺陷及法律方面的風(fēng)險(xiǎn)；有的學(xué)者將電力市場中的風(fēng)險(xiǎn)分為缺電風(fēng)險(xiǎn)、電力投資風(fēng)險(xiǎn)、電力定價(jià)風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)電側(cè)市場力風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、負(fù)荷預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)、用戶欠費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)等幾類。結(jié)合我國電力市場改革的實(shí)際情況，筆者對電力市場風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行如下劃分：整體上將風(fēng)險(xiǎn)分為內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)和外部風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)一步將內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)劃分為違約風(fēng)險(xiǎn)、市場力風(fēng)險(xiǎn)、新能源發(fā)電風(fēng)險(xiǎn)、電力負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、交易風(fēng)險(xiǎn)、監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)等；將外部風(fēng)險(xiǎn)劃分為能源危機(jī)風(fēng)險(xiǎn)、自然風(fēng)險(xiǎn)、社會風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)等。

針對市場成員建立從入場到離場的全過程，違約風(fēng)險(xiǎn)控制策略包括市場準(zhǔn)入機(jī)制、違約風(fēng)險(xiǎn)量化與監(jiān)控、違約處置機(jī)制等環(huán)節(jié)，具體措施為對市場成員準(zhǔn)入資質(zhì)的審核等定性分析和信用評級、履約保函制度等定量分析。電力市場風(fēng)險(xiǎn)防范方法可以歸納為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)程度評估、風(fēng)險(xiǎn)邏輯推演、風(fēng)險(xiǎn)法規(guī)化處置四個(gè)階段。需要建立風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測指標(biāo)體系，并在異常數(shù)據(jù)達(dá)到判定閾值時(shí)發(fā)布黃色預(yù)警。應(yīng)對新能源發(fā)電風(fēng)險(xiǎn)的手段包括建立儲能參與電力市場的相關(guān)機(jī)制和完善輔助服務(wù)市場機(jī)制等。通過引入需求響應(yīng)和允許電動(dòng)汽車參與電力市場等可有效防范疏導(dǎo)電力負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)對交易風(fēng)險(xiǎn)的方法包括引入科學(xué)的交易機(jī)制設(shè)計(jì)理論與方法和做好負(fù)荷預(yù)測、電價(jià)預(yù)測和新能源出力預(yù)測等。應(yīng)對監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn)的方法主要是健全監(jiān)管機(jī)構(gòu)的職能并完善相應(yīng)的監(jiān)管制度。應(yīng)對電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的方法主要是強(qiáng)化市場化交易與傳統(tǒng)電力安全管理的協(xié)同，需深入研究和認(rèn)識電力市場交易對電網(wǎng)安全的影響。合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)是指企業(yè)違反相關(guān)法律法規(guī)所導(dǎo)致的制裁、處罰、財(cái)產(chǎn)損失和聲譽(yù)損失風(fēng)險(xiǎn)。電力交易合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)防控主要包括改革環(huán)節(jié)、交易環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)。其中改革環(huán)節(jié)涉及制度建設(shè)、機(jī)制設(shè)計(jì)和市場準(zhǔn)入，交易環(huán)節(jié)涉及交易組織、交易行為、輸配電費(fèi)、交易執(zhí)行和交易結(jié)算，管理環(huán)節(jié)涉及信息管理、輿情管理和技術(shù)支持等。外部風(fēng)險(xiǎn)涉及國際國內(nèi)方方面面的關(guān)系，影響因素眾多，情況十分復(fù)雜，決策者需提高戰(zhàn)略思維能力，處理好整體和局部、政府和市場等關(guān)系，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，多管齊下。[3]

3 應(yīng)對措施

未來將有大量新能源并網(wǎng)發(fā)電，全國建有統(tǒng)一的電力交易中心，而電網(wǎng)供電的波動(dòng)性、間歇性引起電價(jià)的大幅快速波動(dòng)，企業(yè)配電、用電系統(tǒng)做出調(diào)整，以適應(yīng)未來的發(fā)展需要。與現(xiàn)有的企業(yè)配用電情況不同，未來的企業(yè)內(nèi)部大概率會有屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、作為電能蓄水池的儲能系統(tǒng)、以充電樁為代表的可調(diào)負(fù)荷，與大電網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部的配電網(wǎng)共同組成“源網(wǎng)荷儲充"企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)。電網(wǎng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)太多，要運(yùn)行管理起來困難，而且要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能調(diào)度，亟需一套統(tǒng)一管理的大平臺系統(tǒng)。

4 解決方案

4.1整體介紹

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)通過在源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝監(jiān)測、分析、保護(hù)、治理裝置，通過高性能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)并上傳至企業(yè)微網(wǎng)平臺。平臺根據(jù)電網(wǎng)價(jià)格、用電負(fù)荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，調(diào)整各系統(tǒng)控制策略并遠(yuǎn)程下發(fā)，使企業(yè)微電網(wǎng)始終高效穩(wěn)定運(yùn)行，降低企業(yè)用電成本，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)、信息互動(dòng)。[4]

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺

4.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.3平臺功能

4.3.1主要功能

電力監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的五遙功能，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行頁面組態(tài)繪制配電一次圖監(jiān)視，能實(shí)現(xiàn)曲線趨勢分析，對電力參數(shù)進(jìn)行集抄，查看綜保SOE事件，查看故障錄波，對電力參數(shù)進(jìn)行極大、極小、平均值統(tǒng)計(jì)，對主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測如：直流屏、發(fā)電機(jī)、變壓器等。

電能管理

提供用電集抄，用電統(tǒng)計(jì)，分時(shí)段用電統(tǒng)計(jì)，用電同環(huán)比分析，分組用電統(tǒng)計(jì)等功能。

電能質(zhì)量

提供電能質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測，諧波頻譜圖分析，曲線分析，SOE事件，ITIC、SEMI容忍度曲線分析、故障錄波等功能。

能耗分析

提供支路能耗統(tǒng)計(jì)，分組能耗統(tǒng)計(jì)，能耗折標(biāo)統(tǒng)計(jì)，能耗同環(huán)比分析，能源流向圖等功能。

分布式光伏

提供光伏電站運(yùn)行監(jiān)視，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)，逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì)，光伏電站配電監(jiān)測，逆變器曲線分析等功能。

檔案、運(yùn)維

提供設(shè)備定義，設(shè)備檔案管理，設(shè)備保養(yǎng)報(bào)表，設(shè)備二維碼維護(hù)等功能。提供任務(wù)管理，巡檢記錄，缺陷記錄，消警記錄，搶修記錄，通知工單等功能。

適用產(chǎn)品

5 結(jié)語

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)幫助企業(yè)用戶通過一套系統(tǒng)，即可全局、整體的對企業(yè)用電進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維，同時(shí)滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、高效、有序的要求。

參考文獻(xiàn)

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