光伏產(chǎn)業(yè)的優(yōu)缺點范文

時間:2023-12-22 17:49:24

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關(guān)鍵詞 光伏農(nóng)業(yè);設(shè)施模式;產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢;問題;發(fā)展對策

中圖分類號 S625 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2017)07-0185-02

光伏農(nóng)業(yè)是近年來在國內(nèi)外新興的一種產(chǎn)業(yè)模式,是通過在農(nóng)業(yè)設(shè)施棚頂安裝太陽能組件發(fā)電、棚下開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的形式,將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)設(shè)施有機結(jié)合,以期達到“1+1>2”的產(chǎn)業(yè)融合效果。同時,光伏農(nóng)業(yè)也極大地吸收了最新的光伏與農(nóng)業(yè)技術(shù),有效促進了2個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展與技術(shù)進步。在經(jīng)營模式上,除了基本的光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外,還可結(jié)合觀光采摘、鄉(xiāng)村旅游、民俗文化游、科普基地、田園景觀等形式,提高單位土地的收益,最大限度地利用土地資源,增加生態(tài)效益和社會效益,提高農(nóng)民收入,有效帶動地方經(jīng)濟發(fā)展。

1 光伏農(nóng)業(yè)設(shè)施的主要模式及其優(yōu)缺點

1.1 光伏春秋大棚

光伏春秋大棚是將太陽能組件支架立于春秋大棚的北側(cè),使組件發(fā)電與棚內(nèi)種植生產(chǎn)互不干擾,達到有機結(jié)合。一般情況下,太陽能組件支架高度在5.3 m左右,遠高于正常春秋大棚(3.0~3.2 m)的高度,為避免南側(cè)組件對北側(cè)大棚及太陽能組件遮擋,需要加大南北方向春秋大棚的間距,造成大棚建設(shè)土地利用率降低;同時,為了有效利用土地,太陽能組件支架與大棚結(jié)合緊密,在極端天氣條件下,組件板上降雨沖刷、板上融雪沖壓會對大棚棚膜及棚架造成破壞;此外,為了定期清洗太陽能組件,也需要在大棚南側(cè)預(yù)留水車通行道路,降低了土地種植利用率。

1.2 光伏日光溫室

光伏日光溫室分為架式與平鋪式光伏日光溫室,架式光伏日光溫室是將太陽能組件支架立于日光溫室的北側(cè),使組件發(fā)電與棚內(nèi)種植生產(chǎn)互不干擾。一般情況下,日光溫室太陽能組件支架高度在6.2 m左右,遠高于正常日光溫室脊高(3.4~4.8 m)的高度,為避免南側(cè)太陽能組件對北側(cè)溫室及組件遮擋,需加大南北方向溫室間距,造成溫室建設(shè)土地利用率降低。同時,因支架防風(fēng)、建造成本、組件維護等考慮,架式光伏日光溫室的脊高一般就低不就高[1]。

平鋪式光伏日光溫室是將太陽能組件在日光溫室棚體頂部或棚體坡面上間隔安裝,以保證棚下作物有足夠的受光率,滿足作物光合作用的需求,棚體建設(shè)與棚間距可基本按常規(guī)日光溫室設(shè)計,土地利用率與常規(guī)日光溫室基本相同。同時,為滿足棚下作物光合作用的需求,一是太陽能組件要有一定的透光率,一般為10%~40%,降低了單位面積太陽能組件的光轉(zhuǎn)化率;二是太陽能組件要在棚體上間隔安裝,不能滿棚鋪裝,影響了單棚發(fā)電量。

1.3 光伏聯(lián)棟溫室

光伏聯(lián)棟溫室是以一定透光率的太陽能組件安裝在連棟溫室的南坡,適合喜陰與耐陰作物的生長,特別適合發(fā)展食用菌產(chǎn)業(yè)。光伏聯(lián)棟溫室所用覆蓋物南方地區(qū)多用棚膜或PO膜,北方多用PC板或浮法玻璃。

常規(guī)聯(lián)棟溫室一般是東西排跨、南北開間,而光伏聯(lián)棟溫室因太陽能組件采光及結(jié)構(gòu)需求,一般是南北排跨、東西開間,棚內(nèi)如種植高秧作物會影響采光或通風(fēng)[2]。

1.4 牧光互補設(shè)施

牧光互補設(shè)施是將太陽能組件安裝在開放式或封閉式的聯(lián)棟框架結(jié)構(gòu)上,框架下進行畜牧或禽類養(yǎng)殖,框架高度可根據(jù)養(yǎng)殖需求進行設(shè)計,一般在1.5 m以上,能起到遮蔭避雨的效果,單位面積土地利用率與投資效能高。

1.5 漁光互補設(shè)施

漁光互補設(shè)施是通過打樁將太陽能組件架設(shè)在湖泊、魚塘、灘涂濕地等水面上,太陽能組件組成開放式矩陣,組件支架要與水面保持一定的距離,以免影響魚類生長及養(yǎng)殖作業(yè)。該模式能提升湖泊、魚塘、灘涂濕地等水面資源的使用效能與經(jīng)濟效益,開拓了光伏發(fā)電的新模式,豐富了光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)合的內(nèi)涵,真正實現(xiàn)了“1+1>2”的產(chǎn)業(yè)融合效果。

該模式太陽能組件的遮蔭會降低水體溫室效果、削弱水下植物的光合作用、降低水體含氧量,造成個別魚種生長緩慢,如果水體深度不夠,甚至?xí)斐稍诒狈降貐^(qū)難以越冬。

2 光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢與特點

2.1 優(yōu)勢

以棚頂發(fā)電、棚下種植為主要結(jié)構(gòu)特征的光伏農(nóng)業(yè)概念一經(jīng)提出,立即受到了全世界的廣泛關(guān)注,在中國也得到了迅猛發(fā)展,光伏農(nóng)業(yè)廣泛地融入了現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物、信息、管理等多學(xué)科的先進技術(shù)與理念,將第一、二、三產(chǎn)業(yè)高效結(jié)合,在不改變土地性質(zhì)、節(jié)約土地資源的前提下使光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)融合發(fā)展,開創(chuàng)了新型產(chǎn)業(yè)模式。

2.2 特點

(1)土地利用率高。光伏農(nóng)業(yè)項目不額外占用耕地,不改變土地使用性質(zhì),在同一片土地上實現(xiàn)光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)并行發(fā)展,可以節(jié)約土地資源,實現(xiàn)土地增值,屬于高效的設(shè)施農(nóng)業(yè)項目。

(2)投資與生產(chǎn)規(guī)模大,對運營與管理的要求高。光伏農(nóng)業(yè)項目的投資總額、占地面積、生產(chǎn)規(guī)模都遠高于一般的農(nóng)業(yè)項目,對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的制度建設(shè)、生產(chǎn)技術(shù)水平、過程管理、成本控制、銷售渠道的建立與穩(wěn)定都提出了更高的要求與標(biāo)準(zhǔn),這樣企業(yè)才能獲得穩(wěn)定的預(yù)期收益,得到長足發(fā)展[3]。

(3)適宜采用現(xiàn)代高新技術(shù)進行規(guī)?;a(chǎn)與運營。光伏農(nóng)業(yè)因其投資、生產(chǎn)規(guī)模大,投資回收與運營成本壓力大,同時因其設(shè)施設(shè)備規(guī)范、占地面積大,便于將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程技術(shù)、生物技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、信息技術(shù)、電站運營與管理技術(shù)等融入光伏農(nóng)業(yè)的設(shè)計與日常生產(chǎn)運營中,適合規(guī)?;l(fā)展高端無公害有機農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn),再結(jié)合品牌化運營,能將現(xiàn)代科技的優(yōu)勢發(fā)揮出來,大幅提升運營效率與市場影響力,提高產(chǎn)品附加值,克服產(chǎn)業(yè)短板,這樣才能按預(yù)期收回投資、獲取收益,支撐高額投資與運營成本。

(4)光伏農(nóng)業(yè)設(shè)施使用年限長。光伏農(nóng)業(yè)大棚使用年限一般要求25年,比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚使用時間長,一方面可以充分發(fā)揮設(shè)施的使用效能,降低年攤銷成本,另一方面適宜開展生長周期長、附加值高的作物生a。

(5)適合電網(wǎng)達不到的偏遠地區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在國家電網(wǎng)達不到、沒有電力供應(yīng)的地區(qū),可發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)大棚設(shè)施,既可滿足灌溉、照明、溫控、補光等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電需求,也可帶動地方經(jīng)濟發(fā)展、增加農(nóng)民收入、降低貧困人口。

(6)部分棚型與地區(qū)太陽能組件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生一定影響。太陽能組件平鋪在溫室頂部,或溫室坡面的棚型不利于采光,或區(qū)域光照資源不充足,均會造成棚內(nèi)光照條件不均勻或相對較弱,對棚內(nèi)作物生長會產(chǎn)生一定影響。同時,太陽能組件在工作狀態(tài)下可產(chǎn)生熱量,在冬季可提升棚內(nèi)溫度,但在夏季會造成棚內(nèi)溫度過高,作物越夏困難。

3 光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展存在的問題

近幾年,光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)獲得了快速發(fā)展,光伏農(nóng)業(yè)設(shè)施與生產(chǎn)模式也不斷豐富、完善,光伏農(nóng)業(yè)項目的前期設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化施工、光伏與農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用與融合都獲得了實質(zhì)性發(fā)展,國家相關(guān)政策的支持力度也逐步加強,但是從整體上講,我國光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍處于起步階段,還有不少問題亟待解決,未來還有很長的路要走。

3.1 缺乏成熟的理論體系

光伏農(nóng)業(yè)沒有成熟系統(tǒng)性的產(chǎn)業(yè)研究成果與體系,商業(yè)模式、盈利模式、運營模式、管理模式、融合發(fā)展等還處在探索與發(fā)展階段。

3.2 光伏與農(nóng)業(yè)的融合還處于探索階段

目前,多數(shù)光伏農(nóng)業(yè)項目光伏與農(nóng)業(yè)并沒有真正融合,不是光伏企業(yè)搞農(nóng)業(yè),就是農(nóng)業(yè)企業(yè)在做光伏,光伏農(nóng)業(yè)企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略、光伏與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局、業(yè)務(wù)比重、管理制度、業(yè)務(wù)流程、人員配置等還停留在或者偏重在企業(yè)的第一產(chǎn)業(yè)(光伏或農(nóng)業(yè)),并沒有將2個產(chǎn)業(yè)真正地同等對待,沒有根據(jù)2個產(chǎn)業(yè)的特點與實際,分別制訂、建立可行的發(fā)展戰(zhàn)略、制度體系、專業(yè)團隊,或者更高層級地建立可充分兼顧、推動、管控光伏與農(nóng)業(yè)2個產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的制度系統(tǒng)與專業(yè)團隊。只有做到這些,光伏農(nóng)業(yè)才有真正發(fā)展與成功的可能性[4]。

3.3 光伏農(nóng)業(yè)政策還需要進一步明確與豐富

國家對光伏農(nóng)業(yè)的優(yōu)惠政策還是停留在單一針對光伏發(fā)電或者農(nóng)業(yè)上,沒有針對光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)融合的相關(guān)優(yōu)惠政策。而光伏農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展,絕不是僅對單一產(chǎn)業(yè)的扶持,更需要系統(tǒng)性、綜合性的支持與推動。

3.4 光伏農(nóng)業(yè)項目用地自然條件相對較差

因國家土地政策的要求,光伏農(nóng)業(yè)項目不能占用基本農(nóng)田,只能在一般農(nóng)田等自然條件相對較差的土地上開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn),這類土地種養(yǎng)殖條件比基本農(nóng)田差,有些甚至水質(zhì)或水源都難以保障,造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入大,產(chǎn)量及品質(zhì)不高,農(nóng)業(yè)部分效益不理想。

3.5 光伏農(nóng)業(yè)項目管理層級多,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜

光伏農(nóng)業(yè)項目跟常規(guī)農(nóng)業(yè)項目比投資較大,管理層級多,管理人員數(shù)量大,人工效能不高,管理效率低,不能真正滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求。

3.6 光伏農(nóng)業(yè)項目投資建設(shè)速度快,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與團隊建設(shè)滯后

光伏農(nóng)業(yè)項目推進速度快,分布范圍廣,統(tǒng)一管理難度大,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營風(fēng)險高。常規(guī)農(nóng)業(yè)項目是首先在一個地點啟動生產(chǎn),在主要生產(chǎn)品種、生產(chǎn)技術(shù)、管理制度與體系流程、銷售渠道等方面逐步成熟與穩(wěn)定后,根據(jù)市場或企業(yè)發(fā)展的需要,在同地或異地逐步擴大生產(chǎn)規(guī)模,新增產(chǎn)能能夠使用或借用原有管理與銷售體系,企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營風(fēng)險低。而光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展與項目地點的選擇很大程度上受光資源、國家政策導(dǎo)向、各地光伏發(fā)電政策、企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等諸多因素的影響,造成光伏農(nóng)業(yè)項目建設(shè)、啟動速遞快、分布廣、土壤氣候條件差異大,而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平、體系建設(shè)、團隊建設(shè)、銷售渠道、發(fā)展方向、戰(zhàn)略規(guī)劃等遠遠跟不上項目建設(shè)的速度與需求,造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、銷售與管理易出現(xiàn)混亂局面。

4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策

(1)建議國家農(nóng)業(yè)、能源部門、相關(guān)科研機構(gòu)、協(xié)會、企業(yè)設(shè)立專項資金,深入系統(tǒng)地研究光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展方向、運營規(guī)律、系統(tǒng)性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)問題的解決措施,奠定光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康融合發(fā)展的理論基礎(chǔ)。

(2)光伏農(nóng)業(yè)企業(yè)應(yīng)依據(jù)光伏與農(nóng)業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)特點與實際情況,結(jié)合企業(yè)項目分布區(qū)域、各區(qū)域氣候等自然條件、項目地政府的政策導(dǎo)向、國內(nèi)外農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)情況等綜合因素,組織專業(yè)團隊深入分析、研判、制訂企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃,明晰各自的發(fā)展方向。

(3)光伏農(nóng)業(yè)企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身發(fā)展需求、產(chǎn)業(yè)分布情況、戰(zhàn)略發(fā)展方向,分別建立能夠有效監(jiān)督管理協(xié)調(diào)光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的制度體系、管理流程、專業(yè)團隊,使2個產(chǎn)業(yè)的管理與專業(yè)團隊在獨立運行的基礎(chǔ)上,能夠相互支撐、融合發(fā)展。

(4)針對光伏農(nóng)業(yè)項目土地等自然條件不足的問題,光伏農(nóng)業(yè)企業(yè)應(yīng)加大現(xiàn)代光伏與農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的引進力度與研究,通過現(xiàn)代科技的應(yīng)用與創(chuàng)新,引入先進的管理理念,開展規(guī)?;默F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn),向科技、管理、規(guī)模要效益,不斷增強企業(yè)發(fā)展后勁。

(5)光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)要重視、秉承清潔、生態(tài)、有機、安全的發(fā)展理念,通過種植、養(yǎng)殖過程的全程監(jiān)控,采取標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)與控制流程,通過科技手段,生產(chǎn)安全放心的農(nóng)產(chǎn)品,并適時開展品牌化運營,提升農(nóng)產(chǎn)品的附加值與知名度。

(6)要重視專業(yè)團隊建設(shè)、人才的引進與培養(yǎng)。光伏與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)要有各自獨立的管理與生產(chǎn)團隊,不能一支隊伍管兩塊業(yè)務(wù),甚至外行管專業(yè)的事,真正做到專業(yè)人士負責(zé)專業(yè)的事,規(guī)避生產(chǎn)與運營的人為風(fēng)險。

(7)農(nóng)業(yè)不同于光伏產(chǎn)業(yè),很多生產(chǎn)、管理、產(chǎn)品品質(zhì)、銷售過程與環(huán)節(jié)難以進行有效的管控與標(biāo)準(zhǔn)化,管理者的個人經(jīng)驗、專業(yè)技術(shù)水平、責(zé)任心、管理水平、對企業(yè)的忠實度等對生a銷售過程與結(jié)果影響巨大,應(yīng)適時開展農(nóng)業(yè)績效考核制度,調(diào)動生產(chǎn)人員與銷售人員的積極性,推動光伏農(nóng)業(yè)企業(yè)良性發(fā)展。

(8)注重規(guī)避農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營風(fēng)險,特別是光伏企業(yè)在開展農(nóng)業(yè)項目的初期要注意把控農(nóng)業(yè)項目的推進速度與規(guī)模,避免盲目冒進。要將農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)放到與光伏產(chǎn)業(yè)同等重要的位置,在農(nóng)業(yè)團隊建設(shè)、制度體系、管理流程、生產(chǎn)技術(shù)與管理水平、銷售渠道、自然條件改良等方面沒有成熟完善之前,不宜同時異地多點大規(guī)模建設(shè)光伏農(nóng)業(yè)項目、啟動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

(9)要研究設(shè)計將多個光伏農(nóng)業(yè)基地統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)展,降低生產(chǎn)與運營成本,提升產(chǎn)品供應(yīng)能力,延長供應(yīng)時間,擴大市場占有率,提升規(guī)模效益。

5 參考文獻

[1] 房裕東,黃紹華,秦樹香,等.光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析[J].長江蔬菜,2015(18):35-40.

[2] 李衛(wèi).前景廣闊的光伏農(nóng)業(yè)[J].黑龍江糧食,2015(11):39-40.

篇2

關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電,并網(wǎng)控制,策略

1、研究意義

近幾十年來,世界經(jīng)濟經(jīng)歷了跨躍式的發(fā)展,經(jīng)濟的發(fā)展離不開能源的支撐,世界能源的消耗量不斷增長,地球上有限的能源儲藏量和人類社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的矛盾越來越受到世界各國政府的關(guān)注。1990年到2010年,全世界的生產(chǎn)總值年平均增長3%左右。據(jù)統(tǒng)計,在過去的這30多年里,全球一次能源的消費量每年平均增長1.8%左右。按照現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗的速度,地球上的化石能源在百年左右將會枯竭。按國內(nèi)專家計算,中國現(xiàn)有的石油資源只夠開采約15年,天然氣約40年,煤炭約80年。按照現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗的速度,地球上的化石能源在百年左右將會枯竭。

伴隨著石油、煤炭等一次能源的大量消耗,全球的環(huán)境問題日趨惡化。以煤炭為主要燃料的火電,造成了嚴重的粉塵污染,大型火電廠排放的燃煤污染物可以污染方圓幾百公里的范圍,在北京、上海出現(xiàn)的沙塵暴中都含有大量的煤炭污染物;另外火電的耗水量接近我國工業(yè)耗水量的一半,嚴重污染了水資源,其排放的二氧化硫污染物是形成酸雨的主要物質(zhì)之一。石油、天然氣等其他一次能源的大量使用造成了嚴重的空氣污染,燃燒產(chǎn)生的二氧化碳直接造成全球的溫室效應(yīng)。但是由于電力需求的增加,近年來我國的火力發(fā)電量還在逐年提高。人類社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展需要穩(wěn)定持續(xù)、清潔環(huán)保的能源,然而目前主要使用的化石能源的儲藏量并不能支撐人類社會長期穩(wěn)定的發(fā)展。與傳統(tǒng)的化石能源相對,水電、風(fēng)能、太陽能,以及生物質(zhì)能這些可再生的清潔能源應(yīng)該成為未來支撐人類社會和全球發(fā)展的主要能源。我國的能源目前80%依靠煤炭,而全世界的平均水平不到30%。隨著能源需求的快速增長,地下的煤礦被過度的開采,地下和地表的水資源遭到污染和破壞,尤其在我國的西北地區(qū),生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞,土地沙漠化和空氣污染問題愈發(fā)嚴重,為了解決這個問題,我國應(yīng)積極發(fā)展低碳經(jīng)濟,優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu),走經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展道路。

據(jù)目前權(quán)威數(shù)據(jù)顯示,每天達到地面的太陽輻射能約為2.5億桶石油,而且太陽能是一種綠色無污染能源,基本上不會造成任何環(huán)境問題。因此,自上世紀70年代開始,各國都將開發(fā)利用太陽能視為一個重大電力項目,作為本國能源可持續(xù)發(fā)展的一個重大舉措。當(dāng)前,對太陽能的利用主要有太陽能光化利用、太陽能發(fā)電利用、太陽能動力利用等,其中太陽能光伏發(fā)電被看作是最具潛力的一種。進入21世紀,光伏發(fā)電發(fā)展迅猛,尤其是近幾年,由于光伏技術(shù)的迅猛發(fā)展,太陽能電池及配套組件年增長率達到驚人的33%。太陽能光伏發(fā)電進入了一個發(fā)展期,為了激勵光伏發(fā)電市場,一些發(fā)達國家制定了符合本國國情的措施;其中在眾多國家中德國提出的“上網(wǎng)電價政策”及“10萬屋頂計劃”,在太陽能利用率和裝機容量方面多處于領(lǐng)先地位,為世界各國多方位的發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)提供了樣例,大大的促進了光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

2、光伏發(fā)電研究現(xiàn)狀

在過去的40多年里,光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)從無到有,從小變大,隨著光伏發(fā)電規(guī)模的不斷擴大,光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展,光伏發(fā)電已成為現(xiàn)在世界電力工業(yè)的不可或缺的重要組成部分,在最近的10年里光伏產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展,表1展示了近10年的全球光伏裝機容量的增長趨勢。并且這種強勁的發(fā)展勢頭將繼續(xù)保持下去。歐洲光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)協(xié)會(EPIA)日前的數(shù)據(jù)顯示,截至2012年底,全球光伏發(fā)電累積裝機容量達到10.2萬MW,比上一年增加44%。在截至2012年底的全球累積裝機容量中,歐洲占7成,德國(31%)和意大利(16%)加在一起占全球的接近一半,其次是中國(8%)、美國(7%)和日本(7%)。

截止 2012 年底,全年在全世界范圍內(nèi)的光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量已達到大約30GW,其中之前占據(jù)全球六成光伏市場的德意兩國在今年增長緩慢,只占據(jù)了40%左右,其中德國占26%,意大利占10%;中國的市場份額僅次于德國,占據(jù)16%;美國排在第三位,占據(jù)13%,但是美國的實際裝機容量低于預(yù)期,日本占據(jù)全球市場的7%;東歐和印度市場增長較快,高于預(yù)期。

目前,我國的光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速,但是與世界先進水平相比,在技術(shù)層面還是落后于世界先進水平的,主要因為我國的太陽能發(fā)電研究起步較晚。隨著我國與光伏產(chǎn)業(yè)水平先進的發(fā)達國家(德國、日本等)之間光伏項目合作的深入和國家對光伏產(chǎn)業(yè)的扶持補貼制度,有力的刺激了我國的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在“十一五”期間,兆瓦級別光伏并網(wǎng)發(fā)電電廠的成功試點給國內(nèi)大容量光伏并網(wǎng)電廠的研究和建設(shè)開辟了道路。除了財政補貼和技術(shù)支持,國家出臺的支持新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)法律和通知,如《可再生能源法》、《關(guān)于加快推進太陽能光電建筑應(yīng)用的實施意見》、《太陽能光電建設(shè)應(yīng)用財政補助資金管理辦法暫行辦法》和《關(guān)于實施金太陽示范工程的通知》、《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》、《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》和《太陽能發(fā)電“十二五”規(guī)劃》都為我國的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力的保障和支持。預(yù)計在未來的10年內(nèi)光伏發(fā)電的電價將會進一步降低。目前,我國已經(jīng)有大量的成規(guī)模的光伏發(fā)電工程建設(shè)完成并投入運行。2012年10月,國家電網(wǎng)公司《關(guān)于做好分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》,在提高分布式光伏發(fā)電項目并網(wǎng)服務(wù)效率、免收相關(guān)費用等方面做出15條承諾,各級電網(wǎng)企業(yè)認真履行各項承諾,確保并網(wǎng)服務(wù)工作實施有序、服務(wù)暢通[10]。這為小型光伏電站的并網(wǎng)敞開了大門。在2012年全國的并網(wǎng)太陽能裝機容量為3.28GW,同比增長47.8%,發(fā)電量3500GW時,比上年增長4.1倍,在過去的2013年里也建成了大約3GW的光伏并網(wǎng)裝機容量,基本實現(xiàn)了年底全國累計裝機容量達到6GW的目標(biāo)。根據(jù)我國國家能源局公布了《2014年上半年光伏發(fā)電簡況》(以下簡稱《簡況》)。《簡況》顯示,2014年上半年,我國新增光伏發(fā)電并網(wǎng)容量3.30GW,比去年同期增長約100%。其中,新增光伏電站并網(wǎng)容量2.30GW,新增分布式光伏并網(wǎng)容量1GW。

3、光伏發(fā)電并網(wǎng)控制策略的研究

要實現(xiàn)并網(wǎng),不僅要使逆變器側(cè)的輸出電流在頻率和相位上與電網(wǎng)電壓保持同步,并能夠很好地跟蹤電網(wǎng)電壓參數(shù)變化,且電流總畸變率 THD 要很小,這樣可將對電網(wǎng)諧波的影響降到最低,而且還要使逆變器側(cè)輸出有功功率達到最大值,即功率因數(shù)接近 1。因此,控制并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在,選用何種逆變器控制策略也會影響整個系統(tǒng)的效率。

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出不具有同步發(fā)電機那樣的外特性曲線,為了使光伏并網(wǎng)逆變器輸出設(shè)定要求的電壓、頻率、相位的電能,需要對光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)進行相關(guān)的控制,一般是對光伏并網(wǎng)逆變器的輸出電流進行控制。并網(wǎng)逆變器的電流控制方法其實就是從采用來的電網(wǎng)電壓中分析有無變化和何種變化,然后輸出反映了該變化的指令信號,使得逆變器的輸出電流實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓的跟蹤。逆變器依據(jù)控制對象的不同,可以將逆變器分為電流源型與電壓源型兩類。直接電流控制與間接電流控制是兩種常用的逆變器控制策略。間接電流控制無需電流反饋,控制算法相對比較簡單,但是間接電流控制對系統(tǒng)參數(shù)敏感,電流動態(tài)響應(yīng)慢。而直接電流控制需要電流反饋,且電流的響應(yīng)速度快,輸出電流的質(zhì)量較好,適合進行精密控制。本文中對常用的瞬時值滯環(huán)比較控制、定時比較控制、三角波比較控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、無差拍控制等是較常用的電流控制方式進行了分析比較,重點分析PI控制和重復(fù)控制,PI控制的參數(shù)較少,簡單可靠,易于實現(xiàn),減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,但是并不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差,PI控制的抗干擾能力也較差。重復(fù)控制則可以實現(xiàn)對參考信號進行無差跟蹤,實時控制效果較差。

近年來,隨著數(shù)字控制技術(shù)的快速發(fā)展,已漸漸取代了模擬控制技術(shù)。數(shù)字化 PWM 控制算法因其算法簡單、控制效果好、硬件調(diào)試電路比較簡單,這樣使得硬件成本下降不少,因而得到了不斷發(fā)展,應(yīng)用前景廣闊。為了使并網(wǎng)逆變器側(cè)輸出單位功率因數(shù)且無諧波的正弦電流,世界各國的研究人員經(jīng)過不斷的摸索與實驗,提出了多種有效的數(shù)字控制方案。針對并網(wǎng)電流控制,僅僅采用常見的控制策略有重復(fù)控制、滯環(huán)控制、無差拍控制、PI 控制等實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行是不夠的,我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同情況下的不同控制目標(biāo),來采取多種控制策略的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。

為了改善逆變器輸出波形,針對以上的一系列并網(wǎng)控制策略,國內(nèi)外的專家學(xué)者進行了一些改進。文獻(1)提到,將擾動觀測器加入無差拍控制中去,通過觀測器發(fā)出擾動可以實時觀測負載電流,增強了負載適應(yīng)性?;ぷ兘Y(jié)構(gòu)控制是一種非線性控制方法,魯棒性較強,因為具有固有的開關(guān)特性非常適合應(yīng)用到逆變器的控制中去。文獻(2)利用重復(fù)控制技術(shù)對逆變器輸出波形進行諧波抑制。重復(fù)控制技術(shù)的特點是輸出特性相對穩(wěn)定,諧波含量較少,系統(tǒng)穩(wěn)定性強,但是對誤差的跟蹤性能較差,會延遲一定時間。文獻(3)等人在控制系統(tǒng)中加入PID控制方法,可以對開關(guān)周期進行追蹤通過較為精密的參數(shù)設(shè)置可以是系統(tǒng)獲得良好的性能,彌補波形輸出質(zhì)量不高這一缺點。彭傳彪等人提出滯環(huán)電流控制是一種優(yōu)越的非線性控制,控制簡單,易于實現(xiàn),但是因為環(huán)寬的局限性導(dǎo)致開關(guān)頻率不穩(wěn)定,諧波種類較多。針對這一問題提出了自適應(yīng)滯環(huán)電流控制策略,采用基于滯環(huán)電流控制的的復(fù)合控制策略,通過改變環(huán)寬來實現(xiàn)開關(guān)頻率的固定,減少輸出波形的畸變率,抑制諧波。文獻(4)引入頻率反饋環(huán)節(jié),考慮開關(guān)頻率的周期性變化,通過PI控制器調(diào)整滯環(huán)控制器的環(huán)寬值,使用模糊推理在線整定比例參數(shù),提高了系統(tǒng)的動態(tài)特性。文獻(5)通過對比傳統(tǒng)正弦脈寬調(diào)制技術(shù)的優(yōu)缺點和應(yīng)用方法,在此基礎(chǔ)上提出一種改進方法―反相載波交點式采樣法,該方法的調(diào)制效果接近自然采樣法而優(yōu)于不對稱規(guī)則采樣法,因此利用該調(diào)制方法產(chǎn)生的SPWM波更接近正弦波,控制點時刻的計算只需求解簡單的直線交點方程,控制算法簡單,節(jié)省了微處理器的儲存空間,易于在DSP系統(tǒng)中實現(xiàn)。

針對光伏系統(tǒng)直流注入的研究,文獻(6)提出采用半橋拓撲逆變器的方法來抑制直流分量流入電網(wǎng)。文獻(7)提出一種基于直流分量檢測及校正方法,采用高精度檢測電路和檢測元件來實現(xiàn)較為理想的直流抑制效果,但是,這樣成本較高。文獻(8)同時提出在逆變器輸出側(cè)串聯(lián)隔直流電容器的方法,為了避免基波的壓降過大,要采用較大的電容,但在實際應(yīng)用中理想電容并不存在,并且電容元件對電路的影響很大,一旦損毀,就會引發(fā)斷路,會導(dǎo)致過電壓的現(xiàn)象。文獻(9)將虛擬電容的思想引入直流抑制中,通過改變控制方法來代替隔直電容,使并網(wǎng)逆變器的輸出中不含直流分量,但是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的LCL濾波電路工作時,采用電容隔直的方法可能失效。文獻(10)提出了一種基于PR與PI聯(lián)合控制的直流抑制技術(shù),利用PR控制器的無靜差跟蹤交流參考量、PI控制的無靜差跟蹤直流參考量的特性,這種方法無需增加硬件電路,且只占用很少的控制芯片資源。

4、總結(jié)

全球經(jīng)濟在過去的幾十年里突飛猛進的發(fā)展,伴隨著生活水平的節(jié)節(jié)攀升,人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴也越來越強,但是傳統(tǒng)的化石能源總會枯竭,世界各國在能源上的爭奪愈發(fā)激烈,加上傳統(tǒng)化石能源的大量使用對環(huán)境的破壞又大大影響了人們的日常生活質(zhì)量。因此,世界各國都將目光轉(zhuǎn)向了綠色清潔的可再生能源,太陽能發(fā)電就是眾多可再生能源利用方式中一種,日益成為各國在新能源利用方面的研究熱點。而光伏并網(wǎng)發(fā)電是大規(guī)模利用太陽能資源的必由之路,光伏發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中扮演著越來越重要的角色,加強對并網(wǎng)控制策略的研究也至關(guān)重要。

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篇3

【關(guān)鍵詞】控制技術(shù) 逆變器 標(biāo)準(zhǔn)

1 技術(shù)背景

1.1 技術(shù)含義

由于某些原因造成的電網(wǎng)電壓跌落的情況下,光伏系統(tǒng)能維持并網(wǎng)狀態(tài)并正常運行,且支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)至正常值,這種低電壓區(qū)域的過渡技術(shù)即為光伏低電壓穿越技術(shù)(LVRT)。

1.2 低電壓穿越規(guī)范

電力系統(tǒng)由于各種因素產(chǎn)生電壓降低的現(xiàn)象以后,光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)點電壓若降至曲線下方,如圖1所示,則系統(tǒng)將光伏電網(wǎng)隔離開。在此期間,仍然保留在電網(wǎng)內(nèi)的逆變器應(yīng)逐漸恢復(fù)至原值,恢復(fù)速度為額定功率*0.1每秒。為保證光伏系統(tǒng)的安全,可將系統(tǒng)設(shè)計為逆變器供應(yīng)動態(tài)的無功功率給電網(wǎng)系統(tǒng)。圖1即為光伏低電壓穿越具體要求。

由于之前的低電壓穿越要求具有一定的局限性,其中增添了零電壓穿越這一新技術(shù)規(guī)范。規(guī)范要求電網(wǎng)電壓為零后,光伏系統(tǒng)應(yīng)能提供150毫秒的并網(wǎng)運行時間,實際工程中則需要結(jié)合重合閘動作、保護動作等因素消耗的時間,以及電網(wǎng)管理單位的要求綜合設(shè)計。

2 光伏低電壓穿越原理

由于光伏設(shè)備將電能收集并轉(zhuǎn)換后,轉(zhuǎn)換的電位為直流電而不是電網(wǎng)的交流電,因此需要用逆變器進行預(yù)處理,圖2即為逆變器和光伏的電路連接示意圖。

為了達到低電壓穿越目的,當(dāng)前主流的控制策略是雙閉環(huán)控制法,包括電壓外環(huán)控制以及電流內(nèi)環(huán)控制兩個方面,前者主要是針對電壓在逆變器處理前后的不穩(wěn)定現(xiàn)象進行控制,從而降低因電壓波動產(chǎn)生的電能損失,將光伏發(fā)電的能量利用率盡量提高;后者則針對功率進行控制,并根據(jù)并網(wǎng)指令電流對光伏系統(tǒng)的功率、功率因素等方面進行即時調(diào)整。圖3為雙閉環(huán)控制原理。

電壓外環(huán)控制是用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓以及并網(wǎng)逆變器有功功率的輸出,通過直流電壓外環(huán)的閉環(huán)反饋以及PI調(diào)節(jié)作用,可以無靜態(tài)誤差地跟蹤直流側(cè)電壓。在直流側(cè),由于存在有功功率消耗,若不考慮逆變器能量損失,則有如下結(jié)論:通過對有功電流的調(diào)節(jié),能實現(xiàn)光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電的電壓穩(wěn)定控制。對此,可以設(shè)計光伏發(fā)電直流電壓的外環(huán)PI調(diào)節(jié)系統(tǒng),以達到控制逆變器輸出有功功率大小的目的。

逆變器三相輸出電流PI前饋解耦通過電流內(nèi)環(huán)控制進行,由上圖3的結(jié)論可知,有功電流分量比較電壓外環(huán)控制的參考值得到差值,測定的無功電流分量減去參考值的結(jié)果由PI調(diào)節(jié),實現(xiàn)誤差電流的調(diào)節(jié)功能。將PI調(diào)節(jié)器得到的信號經(jīng)解耦量的引入,再通過空間矢量脈寬(SVPWM)調(diào)制得到控制開關(guān)管的開關(guān)驅(qū)動信號,進而完成逆變信號的輸出。

電流控制方法有比例諧振法和滯環(huán)PWM控制法等。滯環(huán)控制中的濾波器不易設(shè)計實現(xiàn),電流諧波含比較高;重復(fù)控制法穩(wěn)態(tài)性較好;無差拍控制法的劣勢是系統(tǒng)參數(shù)的變化會干擾控制效果,且系統(tǒng)的頻率適用范圍較窄;比例諧振控制法實現(xiàn)較為困難,即使得以實現(xiàn)也因為電網(wǎng)頻率改變、系統(tǒng)精度下降等原因效果較差。PI控制的優(yōu)勢體現(xiàn)在能獨立的對電流的有功部分和無功部分進行控制,在保證輸出較好的跟蹤參考值的同時兼具優(yōu)異的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性。

3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

3.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

鄭飛, 張軍軍[1]針對LVRT數(shù)字仿真進行光伏系統(tǒng)的設(shè)計進行介紹,這種方案以數(shù)字仿真器(RTDS)為理論基礎(chǔ),能夠?qū)崿F(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器在兩種工作狀態(tài)下的LVRT控制:一是三相電網(wǎng)電壓保持在正常水平時的工作狀態(tài),其次是電壓對稱跌落時的工作狀態(tài)。但是本文所提出的辦法對直流側(cè)電壓過大問題的解決沒有涉及;2011年7月,新竹大學(xué)科研人員發(fā)現(xiàn),LVRT可以通過正序、負序電流注入法實現(xiàn);2012年,華北電力大學(xué)劉子興、馮燕闖、梁海峰等通過研究,提出了全新的以電流無差拍為基礎(chǔ)的LVRT控制思想,主要是通過逆變器輸出電流范圍的限制以及系統(tǒng)中增添卸荷電阻的方式防止直流側(cè)電壓過高的情況發(fā)生,從而實現(xiàn)LVRT。

3.2 國外的研究現(xiàn)狀

目前,LVRT技術(shù)在國外的研究已經(jīng)較為深入,部分國家的光伏產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)較為成熟,如德國、美國、西班牙已經(jīng)針對本國電網(wǎng)的特征相應(yīng)出臺了低電壓穿越能力的標(biāo)準(zhǔn)。隨著光伏產(chǎn)業(yè)日趨成熟,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)必然趨于更加合理和全面。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓暫時性跌落故障,且跌落至電壓均方根值90%以下時,光伏電站必須能在20毫秒的時間內(nèi)維持無功功率的傳輸支撐電網(wǎng)電壓,此階段的電網(wǎng)電壓、無功電流關(guān)系為前者暫降1%,則后者應(yīng)上升2%。電網(wǎng)恢復(fù)后,光伏系統(tǒng)的向電網(wǎng)輸送的有功功率增長速度應(yīng)保持不少于20%Pn/s。目前,世界上只有德國和西班牙對此其提出了明確規(guī)定。

隨著國內(nèi)外對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究的深入,光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)也日趨成熟,未來由光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)出的清潔的電能將會占據(jù)很大的裝機容量比例,這種趨勢也對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊,特別是在故障出現(xiàn)后電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全方面。一旦因為某些原因?qū)е码娋W(wǎng)電壓下跌,并網(wǎng)電流就會沖擊式上升,這種沖擊尖峰電流對變流器的性能的考驗十分嚴峻。如果用解列這種被動保護式的應(yīng)對方法進行故障的解決,很容易大幅降低光伏設(shè)備的有功輸出,從而將電力系統(tǒng)的故障更加嚴重,進而導(dǎo)致其他電站的解列,引起大規(guī)模停電的供電事故。由此可見,低電壓穿越功能對于光伏電站十分必要。

4 穿越的關(guān)鍵技術(shù)

若要實現(xiàn)較好的光伏電站低壓穿越,首先需要檢測兩個參數(shù),一是電壓同步鎖相信號,其次是正負序分量,這兩個參數(shù)對于算法的精確性具有重要意義,也是低電壓穿越的基礎(chǔ)。

4.1 最大功率點跟蹤技術(shù)

最大功率點跟蹤技術(shù),對于光伏發(fā)電系統(tǒng)而言,溫度、太陽能輻射度這兩個因素是影響光伏電池輸出電參數(shù)的主要方面,也決定了光伏系統(tǒng)輸出的不穩(wěn)定性。最大功率點跟蹤技術(shù)的目的,就是將光伏電池的效率提升至最大值,并實現(xiàn)光伏投入產(chǎn)出比的最佳。

4.2 防孤島檢測技術(shù)

光伏發(fā)電并網(wǎng)后,將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的電能輸送至電網(wǎng)。一旦電網(wǎng)由于某些原因產(chǎn)生故障,電網(wǎng)隨即產(chǎn)生跳閘等保護動作,而光伏電力輸送不會因此而停止,并持續(xù)的向本地負載輸送電能,這種現(xiàn)象稱為供電的孤島現(xiàn)象。孤島現(xiàn)象的危害體現(xiàn)在兩個主要方面,一是會因為電力切斷不徹底給電力維修人員造成安全威脅;其次是系統(tǒng)設(shè)備的沖擊力會影響逆變器等器件的性能,甚至導(dǎo)致設(shè)備的損毀。

4.3 鎖相環(huán)技術(shù)

q軸定向鎖相、過零點檢測等鎖相環(huán)技術(shù)都能實現(xiàn)不同電網(wǎng)的電壓同步?;趒軸定向的鎖相技術(shù)原理是建立兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,將坐標(biāo)系q 軸的旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)至與輸入頻率一致,由此得到鎖相信號。該方式原理簡單,實現(xiàn)方便。但其劣勢體現(xiàn)在電壓的不對稱跌落情況下,因為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系所攜帶的直流部分會摻雜2 倍頻交流分量,這個交流分量導(dǎo)致鎖相信號精確度降低,嚴重的甚至無法進行正弦信號的鎖相。為了能對不對稱的電壓進行鎖相信號的獲取,一般進行鎖相環(huán)帶寬減小的處理方式進行鎖相。過零點檢測鎖相的原理則是首先進行電壓的檢測,并以此為依據(jù)判斷電網(wǎng)電壓極性進而得到相角信號,但是存在電網(wǎng)電壓畸變時檢測的過零點會有多個的缺陷,目前應(yīng)用較少。

4.4 正負序分離技術(shù)

電壓如果存在跌落不平衡的因素,鎖相信號的獲取難度較大。基于正負序分離的方法能較好地解決這一問題,常見的分離方式有五種,分別是濾波器分離法、陷波器分離法、T/4 延時法、解耦法以及二階廣義積分器法。這五種方法任意一種均能有效提取出正負序分量,但各個方法均有優(yōu)缺點,需要根據(jù)系統(tǒng)實際情況選擇。

5 總結(jié)

本文闡述了逆變器的工作原理,總結(jié)了目前應(yīng)用最廣泛的關(guān)于光伏低電壓穿越技術(shù)的控制方法和關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)如今,對光伏電站的低電壓穿越研究較多且較深入,低電壓穿越的理論也趨于成熟,但是在具體進行低電壓穿越的控制設(shè)計時仍有很多工作要做。此外,低電壓穿越相關(guān)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不夠明確,這對于光伏并網(wǎng)的規(guī)范性產(chǎn)生一定的影響。因此,此階段的光伏電站的實際建設(shè)具有很大的主觀性。

參考文獻

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[2]Chia-Tse Lee,Che-Wei Hsu,Po-Tai Cheng.A Low-Voltage Ride-Through Technique forGrid-Connected Convertersof Distributed Energy Resources[J].IEEE Transactions on Industry Applications, 2014,47(4):1821-1832.

[3]梁海峰,馮燕闖,劉子興,等.基于無差拍控制的光伏電站低電壓穿越技術(shù)的研究[J].電力力系統(tǒng)保護與控制,2014,41(21):110-115.

[4]BOLLEN M H.Understanding Power Quality Problems:Voltage sags andInterruptions [C].IEEE Press Series On Power Engeneering.New York.2015.

作者簡介

肖遠逸(1992-),男,江西省九江市人。曾獲得上海電機學(xué)院碩士學(xué)位。主要研究方向為光伏并網(wǎng)。

王B,女,北京市人。博士學(xué)位。現(xiàn)為上海電機學(xué)院電氣學(xué)院特聘教授,洋山學(xué)者。

翟立唯(1990-),男,江蘇省泰興市人。上海電機學(xué)院碩士。

篇4

美國又在開始引領(lǐng)全球第三次工業(yè)革命。

第三次工業(yè)革命的動力是什么?就是互聯(lián)網(wǎng)代表的信息革命?;ヂ?lián)網(wǎng)與社交媒體的廣泛利用導(dǎo)致信息的大量生產(chǎn)。當(dāng)每天創(chuàng)造出多如牛毛的信息后,就有人開始琢磨,怎么從中淘出有用的東西,為個人生活與企業(yè)提高績效服務(wù)。IT產(chǎn)業(yè)的前沿目前集中在三個方面,即信息的搜索、挖掘、分析。前幾年國內(nèi)大量上馬云計算,很多單純強調(diào)節(jié)約成本。然而,利用同一個云計算服務(wù)的各個組織的信息不僅僅是單個組織信息的簡單累計,它們更構(gòu)成集結(jié)層面的信息。如果從內(nèi)部打通這些數(shù)據(jù)就可以分析集結(jié)層面的組織行為。對云計算而言,最重要的可能不是節(jié)省單個組織的IT成本(即使這是一個重要的方面),而是它如何提供新的信息并為分析這種信息服務(wù)。要發(fā)展分析能力,建立數(shù)理模型是一個重要方面。這兩年美國講的更多的不是云計算,而是計算(computation)。許多大學(xué)正在把計算作為跨學(xué)科發(fā)展的新方向。很多傳統(tǒng)學(xué)科的名字最近紛紛被加上“計算”這一前綴。目前最熱的就是計算生物學(xué)。

對新的信息的挖掘和計算正在成為創(chuàng)新活動的前沿。講個例子,英國有一個對沖基金,它把全球每天Twitter上面的信息用大型計算機進行處理,以此來測量每個國家的公眾情緒,然后再推測這個國家當(dāng)天的股市走勢。每天由Twitter制造出來的信息有成千上億,之前從來沒有人想到利用它,但他們想到了。如果某國公眾今天發(fā)的信息以悲觀為主,就說明他們的情緒不好。人一悲觀就容易賣股票,一樂觀就容易買股票,他們據(jù)此對股市的走向進行預(yù)測并決定他們公司投資的方向。兩年下來,他們的表現(xiàn)比產(chǎn)業(yè)平均高兩個百分點。

一個更有發(fā)展前景的領(lǐng)域是個人化醫(yī)藥。生物工程中信息技術(shù)的利用已經(jīng)從根本上改變了生物學(xué)的發(fā)展方向?,F(xiàn)在從一個人身上可以搜集數(shù)百萬個生物標(biāo)簽。然而,它們彼此之間的因果機制是什么,現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)界根本不知道??赡苤辽龠€要50年,而且需要全世界規(guī)模的大筆投入,人類才能搞清楚生物標(biāo)簽之間及這些生物標(biāo)簽與藥的化學(xué)成分之間的因果關(guān)系。當(dāng)這一天到來的時候,醫(yī)學(xué)將發(fā)生天翻地覆的變化。有了病,醫(yī)生可以根據(jù)病人的生物學(xué)特征調(diào)整藥的化學(xué)成分,根據(jù)每個人的特點對癥下藥。也就是說,未來的西醫(yī)在治病用藥時將與中醫(yī)相似。現(xiàn)在的西藥是大眾生產(chǎn)時代的產(chǎn)物。它只是告訴你,吃這個藥是治肝炎的,65%有效,35%沒效。這35%為什么沒效,沒有人知道,因為它只是在臨床試驗時的統(tǒng)計數(shù)字。與此相反,中醫(yī)一直強調(diào)根據(jù)個人的病情下藥,但問題是中醫(yī)把生物過程完全黑箱化,沒有具體的因果分析。在信息革命的未來,醫(yī)學(xué)將出現(xiàn)西醫(yī)強調(diào)的因果機制和中醫(yī)強調(diào)的個人化用藥的結(jié)合。這將是一場醫(yī)學(xué)上的革命。

對中國的未來有最深刻影響的恐怕是三維((3D))打印機的出現(xiàn)。它不用經(jīng)過因循守舊的敲擊、扭曲和切削原料這些傳統(tǒng)機械工序,而是通過一個像打印機一樣的機器用層層疊加材料的方式生產(chǎn)出產(chǎn)品。比如說做手機的殼子,我們將利用計算機把所有設(shè)計調(diào)出來,一摁鍵,那邊就開始做,就像澆鑄似的,用特殊的材料,一層一層地打印,結(jié)果很好。在未來世界的許多東西,按照一個理想狀態(tài),都可以這樣做出來。這個東西的誕生對這個世界的影響將是十分深刻的?,F(xiàn)在我們使用的各種東西都是由工人在工廠里用機器來制成的。如果有了這樣一個機器,它什么都可以造,而且根本用不著去專門的工廠,在家里就可以完成,這個世界將變成什么樣?到了那時,還需要世界工廠嗎?今天支撐世界工廠的中國農(nóng)民工到了那時候?qū)⒁院螢樯?/p>

在一個在家里可以生產(chǎn)各種商品的時代到來時,社會結(jié)構(gòu),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),人際關(guān)系,國際關(guān)系將是什么樣的?我們要有充分的想象力才能應(yīng)對這一天的到來。在三維打印機的產(chǎn)業(yè)鏈里,用來印東西的復(fù)合材料必將成為最有潛力的一環(huán)。同時,各種產(chǎn)品的設(shè)計也將成為重要的一環(huán)。大量的就業(yè)將會圍繞著為生產(chǎn),維護這些打印機、這些打印機使用的復(fù)合材料以及各種與產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)的咨詢服務(wù)而存在。很多美國專家認為,當(dāng)生產(chǎn)由大規(guī)模制造模式轉(zhuǎn)向更加個性化的生產(chǎn)模式時,很久前被新興市場搶奪的生產(chǎn)崗位將會重新回到發(fā)達國家手中。這對至今還在對富士康拼命招商引資,還在想當(dāng)世界工廠的中國地方政府而言,應(yīng)該是敲響警鐘的時候了!

美國能再次引領(lǐng)新工業(yè)革命,在于它有一套由新人、新公司、新辦法來創(chuàng)造新產(chǎn)品的市場機制。從創(chuàng)新的動力和機制來說,不斷更新的市場要容易得多。日本的電子行業(yè)永遠是由索尼、松下那幾家壟斷,其內(nèi)部的各種惰性和既得利益使它們很難在長期的市場競爭過程中不斷地做出創(chuàng)新?!度A爾街日報》日前報道說,這樣的體制正是日本的電子業(yè)衰落的重要原因。對照美國、日本的創(chuàng)新體制各自的優(yōu)缺點,中國必須認清由地方政府主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)升級換代的體制的強項與短板。短時間的大量資源投入是中國模式的強項所在。然而,當(dāng)各地蜂擁而上光伏產(chǎn)業(yè)后,很快就出現(xiàn)過度競爭的局面,并導(dǎo)致全球光伏產(chǎn)品市場價格的大幅度縮水。創(chuàng)新是一個長期的動態(tài)過程。它應(yīng)該依賴企業(yè),而不是政府。政府的作用應(yīng)該是為企業(yè)提供他們沒有但又十分需要的支持。政府手里的資源也不應(yīng)該像賭博一樣一下子砸在一個產(chǎn)業(yè)里,更忌諱政績驅(qū)動原則。政府應(yīng)該干的是提供創(chuàng)新的基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境,并鼓勵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的多樣性。

物品極大豐富時代的平等

經(jīng)濟學(xué)一直在研究稀缺資源的有效配置。然而美國最近有人認為,科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展將為我們帶來一個物品極大豐富的時代?;ヂ?lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、計算系統(tǒng)、人工智能、機器人、生物技術(shù)、生物信息工程、三維打印、納米技術(shù)、人機互動界面,以及生物醫(yī)學(xué)工程將創(chuàng)造出一個物品過剩的世界。在這樣一個世界里,整個人力資本的結(jié)構(gòu)會發(fā)生天翻地覆的變化?,F(xiàn)在的制造業(yè)工人將面臨失業(yè)的威脅。但與此同時,會有大量與新產(chǎn)業(yè)相關(guān)的服務(wù)需求產(chǎn)生,比如機器維護、各種各樣的設(shè)計。這種科學(xué)技術(shù)空前發(fā)展的一個社會后果是,有知識的人會在財富的生產(chǎn)與分配方面占有更大的優(yōu)勢,而沒有知識的人將在就業(yè)與收入方面面臨更大的挑戰(zhàn)?,F(xiàn)在在美國硅谷和華爾街工作的人,收入和一般老百姓已經(jīng)差距很大??萍几锩鼛淼暮蠊麑⑹故杖氩罹鄷?。未來的社會將在平等和分配方面面臨前所未有的政治問題。如果不想辦法解決教育不平等的問題,任何社會都將面臨巨大的危機。

解決這個問題并不是非要打造所謂世界上的一流大學(xué),很多可以從小事做起。據(jù)報道,一位印度的企業(yè)家做了個有益的試驗,他把iPad給根本沒有上過學(xué)的貧民窟孩子,里面存有用英語教生物學(xué)知識的游戲,看這些孩子能不能自己學(xué)東西。三個月之后發(fā)現(xiàn),他們能掌握20%的知識。后來這個企業(yè)家派了一個比他們大幾歲、但也沒受過教育的孩子,專門在他們遇到困難的時候去鼓勵他們。又過了三個月,發(fā)現(xiàn)他們能自己學(xué)會30%的內(nèi)容。這個企業(yè)家又為這些孩子找來志愿者通過遠程教育的形式提供輔導(dǎo)。三個月后發(fā)現(xiàn),這些孩子掌握的程度上升到50%。通過這樣一個試驗,這位企業(yè)家得出結(jié)論,印度需要的是25美元一臺的、有類似iPad功能的電子產(chǎn)品。它將成為印度在信息時代為減少不平等的努力中重要的工具。中國有這么強的電子產(chǎn)品的山寨生產(chǎn)能力,為什么不學(xué)習(xí)一下這位印度企業(yè)家呢?中國地方政府可以為貧困地區(qū)的孩子們出資提供200元以下的,有類似iPad功能的電子產(chǎn)品,然后再組織大學(xué)生、退休教師為主的志愿者,通過互聯(lián)網(wǎng)提供學(xué)習(xí)方面的咨詢,讓這些貧困地區(qū)的孩子們也能趕上信息時代的步伐。

蘇聯(lián)教育模式新啟發(fā)

篇5

[關(guān)鍵詞]無機非金屬材料工程;卓越計劃;生產(chǎn)實習(xí)

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(“卓越計劃”)是為貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010年至2020年)》而提出的高等教育重大改革計劃。旨在培養(yǎng)具有較強工程實踐能力、創(chuàng)新能力和良好綜合素質(zhì)的優(yōu)秀工程應(yīng)用型人才,提高我國工程教育的質(zhì)量,進而努力提升我國產(chǎn)業(yè)的國際競爭力,對我國經(jīng)濟建設(shè)事業(yè)有著至關(guān)重要的意義。該計劃強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)場工作能力、設(shè)計能力、工程項目實施能力以及新產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)改造能力,這就要求有強有力的專業(yè)實踐教學(xué)作為支撐。無機非金屬材料工程是實踐性很強的工科專業(yè),實踐教學(xué)方面要求較高,傳統(tǒng)的無機非金屬材料專業(yè)的實踐教學(xué)主要是學(xué)生在校外集中進行的認識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)。由于實習(xí)時間較短、經(jīng)費緊張等原因,兩者在形式和內(nèi)容安排上不可避免地出現(xiàn)交叉和重合,影響實習(xí)與實踐教學(xué)效果。因此需要探索新型的適應(yīng)“卓越計劃”要求的無機非金屬材料工程專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)模式,以保證實習(xí)效果。

1生產(chǎn)實習(xí)常規(guī)開展方式與新需求分析[1]

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、經(jīng)濟社會不斷變化的大背景下,無機非金屬材料工程專業(yè)涉及領(lǐng)域不斷拓寬及作為實踐教學(xué)重要組成部分的生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生了翻天覆地的變化。如專業(yè)涉及領(lǐng)域由傳統(tǒng)的水泥、玻璃、陶瓷和特種材料拓展到光伏玻璃、膜材料、復(fù)合材料等多種新型功能復(fù)合材料;而生產(chǎn)現(xiàn)場自動化程度越來越高、場地越來越小、密封性越來越好。同時,企業(yè)對技術(shù)的保密意識越來越強。顯然傳統(tǒng)的實踐教學(xué)無論是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式都不利于符合生產(chǎn)現(xiàn)場要求的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。因而在專業(yè)教學(xué)學(xué)時不斷減少的現(xiàn)狀下,進行無機非金屬材料工程卓越計劃教學(xué)與實踐的改革與創(chuàng)新勢在必行。

2生產(chǎn)實習(xí)的重要性[2,3]

實踐是工程的靈魂和根本,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是工程教育的重要特征和本質(zhì)要求,“卓越計劃”創(chuàng)立了高校與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制,以期從根本上解決工程人才培養(yǎng)中校企脫節(jié)的現(xiàn)象。

2.1企業(yè)參與“卓越計劃”的重要性

企業(yè)參與“卓越計劃”的重要性主要體現(xiàn)在2個方面。(1)企業(yè)在工程人才培養(yǎng)方面有著重要的指導(dǎo)作用。企業(yè)在激烈的市場競爭中,對本行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢最了解,也就最清楚當(dāng)今社會和未來世界對工程人才的需求,包括人才層次、類型、規(guī)格等方面。因此企業(yè)參與卓越工程師的培養(yǎng),使它們由單純的用人單位變成共同培養(yǎng)單位,充分發(fā)揮了企業(yè)在整個工程人才培養(yǎng)過程中不可替代的指導(dǎo)作用,使校企合作培養(yǎng)出來的工程人才能夠達到“卓越計劃”的培養(yǎng)目標(biāo)。(2)企業(yè)擁有高校所不具備的真實的工程環(huán)境,這對于卓越工程師的培養(yǎng)至關(guān)重要。為了生存、發(fā)展和競爭,企業(yè)必須擁有最先進的生產(chǎn)設(shè)備和制造技術(shù),這些是作為教學(xué)單位的高校所無法達到的;企業(yè)所需要解決的生產(chǎn)、技術(shù)、研發(fā)、市場、管理方面的問題,是訓(xùn)練和培養(yǎng)工程人才能力的最好題材;企業(yè)所擁有的一批經(jīng)驗豐富的工程師,他們的工程經(jīng)歷和實踐能力正是高校工程教育專業(yè)教師所不及的;企業(yè)所擁有的研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造和市場營銷的場地和機構(gòu),是工程人才未來發(fā)揮作用的場所。因此,只有開展校企合作,發(fā)揮各自優(yōu)勢,實現(xiàn)資源、設(shè)備、師資的最佳組合,才能在知識、能力和素質(zhì)方面培養(yǎng)出滿足“卓越計劃”培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求的卓越工程師??傊?,企業(yè)的參與是“卓越計劃”成敗的關(guān)鍵。這就要求實踐指導(dǎo)教師必須具有扎實的基礎(chǔ)理論知識及基本操作技能,培養(yǎng)實事求是、科學(xué)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng),從自身做起,嚴格要求自己,并且關(guān)注相關(guān)學(xué)科理論的新進展,豐富更新自己的知識體系,同時積極參加相關(guān)工作,把科研與教學(xué)緊密結(jié)合起來,提高教學(xué)質(zhì)量,借著帶領(lǐng)學(xué)生進行工程實踐的機會,真正地深入到企業(yè)、車間、班組中去,本著與學(xué)生共同學(xué)習(xí)的態(tài)度,帶著問題去學(xué)習(xí),以彌補自身偏重理論教育而工程實踐較少的不足。

2.2企業(yè)實踐

我們聘請有較豐富實踐經(jīng)驗的企業(yè)工程技術(shù)人員擔(dān)任企業(yè)導(dǎo)師,采取校內(nèi)導(dǎo)師+企業(yè)導(dǎo)師的雙導(dǎo)師制度,原則上每7名學(xué)生聘請1名企業(yè)導(dǎo)師,同時配備1名校內(nèi)導(dǎo)師。校內(nèi)導(dǎo)師將學(xué)生帶到企業(yè)后,首先接受企業(yè)的進廠安全培訓(xùn)以及各車間、生產(chǎn)線的工藝流程培訓(xùn)。然后,學(xué)生要深入企業(yè)生產(chǎn)一線,進入實驗室、車間、班組,在企業(yè)導(dǎo)師、工藝人員、師傅的帶領(lǐng)下,認真學(xué)習(xí)每一個生產(chǎn)工藝中設(shè)備布置、工藝制度、操作制度等細節(jié)部分。在對崗位較為熟悉后,可助崗或頂崗工作一段時間,與工程實踐親密接觸,豐富專業(yè)知識,進而探究現(xiàn)有工藝過程的優(yōu)缺點,幫助企業(yè)進行調(diào)研,同時較早接觸社會,學(xué)會與人相處,增長人生閱歷。實踐對于學(xué)生來說是一個非常重要的環(huán)節(jié)。學(xué)生在第7學(xué)期熟悉所在企業(yè)、車間的原料準(zhǔn)備、成型工藝、燒成工藝、窯爐制度、檢選包裝等工藝流程,做到理論知識與實踐相結(jié)合。第8學(xué)期,雙導(dǎo)師與學(xué)生共同研究實踐題目,指導(dǎo)學(xué)生完成畢業(yè)論文(設(shè)計),畢業(yè)論文(設(shè)計)題目,可以是產(chǎn)品的研發(fā)、制品的使用跟蹤,也可以是幾種原料的性能比較、原料不同含量對制品性能的影響,各工藝、制度研究,或是對企業(yè)某項產(chǎn)品質(zhì)量及市場需求進行調(diào)研,不拘泥于題目類別與研究形式,只要是在這其中學(xué)生學(xué)習(xí)到了知識,提高了實踐能力及發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力,為學(xué)生的進一步深造、更好地勝任工作打下堅實的基礎(chǔ)就是最好的。

3與企業(yè)合作生產(chǎn)實習(xí)模式[4,5]

在當(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展大環(huán)境下,校企合作成為衡量高校人才培養(yǎng)模式的參考點,是高校教育發(fā)展的流行趨勢,也是企業(yè)獲取新的發(fā)展和參與社會競爭的主要選擇。近年來,我校堅持“厚基礎(chǔ)、重實踐、求創(chuàng)新、高素質(zhì)”的辦學(xué)方向,堅持以服務(wù)社會為導(dǎo)向,以教學(xué)為中心,以特色求發(fā)展,突出創(chuàng)新型應(yīng)用型的人才培養(yǎng)模式,以鮮明的專業(yè)特色帶動校企合作,合作模式不斷創(chuàng)新,取得了較好的效果。主要采取的校企合作模式有如下幾點:

(1)“企業(yè)引入”模式。

由學(xué)院提供場地及其他各種服務(wù),將企業(yè)引入學(xué)校,建成校內(nèi)生產(chǎn)性實訓(xùn)基地,為學(xué)生提供生產(chǎn)性實訓(xùn)崗位。通過合作方式,企業(yè)得到了學(xué)校在廠房、技術(shù)及技術(shù)工人等方面的支持,降低了生產(chǎn)成本,而學(xué)校獲得了學(xué)生頂崗實習(xí)、教師參與技術(shù)開發(fā)等機會,取得了生產(chǎn)與教學(xué)雙贏的效果。

(2)“設(shè)備共享”模式。

由企業(yè)和學(xué)校共同提供設(shè)備,建立生產(chǎn)性實訓(xùn)基地,企業(yè)進行生產(chǎn)的同時,為學(xué)生提供生產(chǎn)性實訓(xùn)崗位。這種合作模式實現(xiàn)了校企資源的互補和共享,使雙方的設(shè)備兼具教學(xué)和生產(chǎn)功能,大大提高了設(shè)備利用率。

(3“)技術(shù)推廣”模式。

由企業(yè)提供先進的生產(chǎn)設(shè)備(企業(yè)產(chǎn)品),以學(xué)院教師為主體針對本院學(xué)生及社會人員開展的新設(shè)備、新技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)。通過這種合作,學(xué)生獲得了最新的技術(shù)培訓(xùn),掌握了先進設(shè)備的操作技能,而企業(yè)則達到了發(fā)展?jié)撛诳蛻舻哪康摹?/p>

(4)“崗位承包”模式。

學(xué)院承接企業(yè)生產(chǎn)流程外包業(yè)務(wù),在企業(yè)技術(shù)人員的支持下開展生產(chǎn)活動,教師成為生產(chǎn)過程中的技術(shù)與管理人員,學(xué)生交替進行頂崗工作。通過這種合作,企業(yè)降低了生產(chǎn)成本和人力成本,而學(xué)院的師生都得到了真實生產(chǎn)的鍛煉。

(5)“校企共訓(xùn)”模式。

將企業(yè)的內(nèi)訓(xùn)機構(gòu)引入到學(xué)院,學(xué)院免費提供場地和設(shè)備,雙方共同組建“捆綁”式培訓(xùn)團隊,為企業(yè)員工和學(xué)院的學(xué)生進行專業(yè)技能培訓(xùn)。這種直接引入企業(yè)培訓(xùn)課程和培訓(xùn)師資的模式,使學(xué)院的課程能緊跟企業(yè)要求和技術(shù)發(fā)展,同時擴充了兼職教師隊伍。

(6)“培訓(xùn)移植”模式。

移植跨國公司的員工培訓(xùn)項目,由企業(yè)提供設(shè)備及教師培訓(xùn),教師取得企業(yè)的資格證書后,為企業(yè)培訓(xùn)員工,同時面向?qū)W生實施“訂單式”培訓(xùn)。通過這種合作模式,學(xué)校不僅在設(shè)備、技術(shù)上獲益,學(xué)生的就業(yè)質(zhì)量也得到了保證。

(7)“實訓(xùn)承包”模式。

由學(xué)院提供場地,企業(yè)提供設(shè)備和師資,在校內(nèi)建設(shè)仿真實習(xí)場所,對企業(yè)員工進行培訓(xùn),同時承包學(xué)院的相關(guān)實訓(xùn)課程。

4結(jié)束語[6]

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),實踐也是培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和提高能力的最有效方法。經(jīng)學(xué)生和實習(xí)基地反饋,此培養(yǎng)方法效果較好,學(xué)生熟悉了專業(yè)、企業(yè),培養(yǎng)了能力,企業(yè)較早培訓(xùn)了有就業(yè)意向的學(xué)生,學(xué)校真正完成了對人才的培養(yǎng),實現(xiàn)學(xué)生、用人單位、學(xué)校的三贏。高等教育應(yīng)面向國家發(fā)展需要和市場需求,培養(yǎng)具備較高工程實踐能力的卓越工程師,實現(xiàn)高等教育和有志青年的價值。

參考文獻

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