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分布式發(fā)電微網(wǎng)控制策略的研究與設(shè)計(jì)

2014-11-19 05:19陳曦朱欣穎潘曉東
電腦知識與技術(shù) 2014年30期
關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電微網(wǎng)

陳曦 朱欣穎 潘曉東

摘要:該文設(shè)計(jì)了一個(gè)包含兩個(gè)DR(分布式電源)的微網(wǎng)系統(tǒng),系統(tǒng)采用主從控制策略,當(dāng)微網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式時(shí),其中一個(gè)DR或儲能裝置采取V/f控制,用于向微網(wǎng)中其它DR提供一定的電壓和頻率參考,而其它DR則可采取PQ控制。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中所有的DR均采用PQ控制。建立了基于單相逆變電源的微電網(wǎng)控制系統(tǒng)MATLAB仿真模型,并通過仿真實(shí)驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證分析。

關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電;微網(wǎng);主從控制

中圖分類號:TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2014)30-7205-03

近年來分布式發(fā)電得到了更多的重視和研究應(yīng)用,而以小容量分布式電源為核心形成的微網(wǎng)研究更加令人關(guān)注。在不改變現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下,為了削弱分布式電源對其運(yùn)行造成的負(fù)面影響,美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會提出了能更好地發(fā)揮分布式發(fā)電潛能的一種組織形式——微網(wǎng)(Micro Grid)。微網(wǎng)有并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種模式,并能在兩種運(yùn)行模式之間無縫隙轉(zhuǎn)換。[1]

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的微網(wǎng)系統(tǒng)采用主從控制策略,即當(dāng)微網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式時(shí),其中一個(gè)DR或儲能裝置采取V/f控制,用于向微網(wǎng)中其它DR提供一定的電壓和頻率參考,而其它DR則可采取PQ控制。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中所有的DR均采用PQ控制,即微網(wǎng)不參與頻率調(diào)節(jié),只輸出指定的有功和無功功率。儲能裝置、DR單元均可獨(dú)立或聯(lián)合作為主控單元。DR經(jīng)并網(wǎng)開關(guān)和變壓器饋入配電網(wǎng)。

2 微網(wǎng)中DR的控制策略

在逆變電源的無線并聯(lián)模式下,各個(gè)逆變DR只可以根據(jù)自身的輸出功率通過一定的控制算法來調(diào)節(jié)各自的輸出電壓頻率、幅值和相位。[2]當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓大小已知且不變時(shí),各并聯(lián)逆變器可通過檢測自身的輸出功率值,并依據(jù)本身容量把幅值與頻率這兩個(gè)主要參數(shù)分別通過無功和有功功率進(jìn)行近似的解耦控制。

2.1 下垂控制策略

下垂控制特性指DR輸出有功功率和頻率呈線性關(guān)系而無功功率和電壓幅值成線性關(guān)系。在逆變電源的聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中,逆變器進(jìn)行自身功率檢測,根據(jù)下垂控制系數(shù)得出輸出電壓的幅值及頻率的參考輸入值,再經(jīng)過相應(yīng)控制裝置反相微調(diào)自身輸出電壓幅值和頻率從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功和有功功率的合理分配。輸出功率較大的單元能根據(jù)V/f下垂特性降低其輸出;同樣,輸出功率相對較小的單元可依此增加其輸出,這種不斷進(jìn)行的自身調(diào)節(jié)過程將一直持續(xù)到系統(tǒng)進(jìn)入最小環(huán)流點(diǎn)。[3]

2.2 PQ控制策略

微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式下運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)的參考電壓的控制策略主要是保證微電源輸出的功率大小在可控的范圍內(nèi)變化。微網(wǎng)電壓可通過電流控制環(huán)等調(diào)節(jié)逆變器的輸出電流,實(shí)現(xiàn)無功和有功功率的解耦控制[4]。

由圖1可知PQ控制器主要由2個(gè)整體環(huán)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成,即前半部分的外功率控制裝置與后半部分的內(nèi)電流控制環(huán)串聯(lián)構(gòu)成,可以對有功和無功功率進(jìn)行解耦控制,并經(jīng)過鎖相環(huán)技術(shù)向系統(tǒng)提供頻率支撐。通過調(diào)節(jié)功率得到電流的參考輸入,再將其與反饋所得的實(shí)際電流信號進(jìn)行偏差分析,根據(jù)所得值進(jìn)行快速調(diào)節(jié),產(chǎn)生參考電壓控制信號,使得輸出電壓信號跟蹤參考電壓值。在電流環(huán)設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行解耦控制,以增加前饋控制減少電網(wǎng)電壓對控制系統(tǒng)的影響。

2.3 V/f控制策略

當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式時(shí),系統(tǒng)采用主從控制策略,主控電源采用V/f控制策略,達(dá)到控制微電源的輸出電壓頻率和幅值,以分擔(dān)并網(wǎng)時(shí)大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓β?,同時(shí)可以向微網(wǎng)提供參考頻率和電壓,其它微源采用PQ控制。V/f控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

V/f控制器的輸出電壓用作電壓、電流雙環(huán)控制的參考信號。圖中加入PI控制器起到保持輸出電壓精度不變的作用。

3 系統(tǒng)仿真及其結(jié)果分析

PQ控制有功功率和無功功率輸出波形圖如圖3所示,,其中設(shè)定的有功功率期望是8kw,無功功率期望值是460Kvar,由圖中可以看出系統(tǒng)幾乎沒有超調(diào),響應(yīng)時(shí)間小于0.3s,滿足期望要求。

第一個(gè)通道上的波形按幅度高低分別是負(fù)載電壓和電網(wǎng)電壓。第二個(gè)通道是并網(wǎng)開關(guān),在并網(wǎng)時(shí)并網(wǎng)開關(guān)自動閉合置“1”。從圖4中可以看出經(jīng)過頻率相位跟蹤電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流在0.098s可以并網(wǎng),這時(shí)并網(wǎng)開關(guān)閉合,電網(wǎng)電壓與負(fù)載電壓同步,此時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)送電,從而可以驗(yàn)證頻率和相位跟蹤算法的正確性。

4 結(jié)束語

對于微網(wǎng)內(nèi)不同DR采用不同的控制方法,可以優(yōu)化微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行。該文詳細(xì)分析了微網(wǎng)主從型PQ-V/f控制方法,并對該控制策略做了仿真分析,證明了該方法的科學(xué)性和可行性。分布式并網(wǎng)發(fā)電具有廣闊的發(fā)展前景,微網(wǎng)控制這一關(guān)鍵問題還有待不懈探索,智能的微網(wǎng)控制策略將是未來發(fā)展的一個(gè)新方向。[5]

參考文獻(xiàn):

[1] 魯宗相,周雙喜.微電網(wǎng)研究綜述[D].北京:清華大學(xué)電機(jī)系,2011.

[2] 王成山,肖朝霞,王守相.微網(wǎng)綜合控制與分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2008(7):98-102.

[3] Guerrero J M, Matas J, De Vicna L G, et al.Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance.IEEE Trans on Industrial Electronics,2007,54(2):994-1004.

[4] 朱昊,韋綱,吳萬祿,等.城市微電網(wǎng)控制策略的研究[J]. 力與能源,2013(34):3-4.

[5] 崔艷龍.含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)規(guī)劃研究[D].成都:西南交通大學(xué),2013.endprint

摘要:該文設(shè)計(jì)了一個(gè)包含兩個(gè)DR(分布式電源)的微網(wǎng)系統(tǒng),系統(tǒng)采用主從控制策略,當(dāng)微網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式時(shí),其中一個(gè)DR或儲能裝置采取V/f控制,用于向微網(wǎng)中其它DR提供一定的電壓和頻率參考,而其它DR則可采取PQ控制。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中所有的DR均采用PQ控制。建立了基于單相逆變電源的微電網(wǎng)控制系統(tǒng)MATLAB仿真模型,并通過仿真實(shí)驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證分析。

關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電;微網(wǎng);主從控制

中圖分類號:TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2014)30-7205-03

近年來分布式發(fā)電得到了更多的重視和研究應(yīng)用,而以小容量分布式電源為核心形成的微網(wǎng)研究更加令人關(guān)注。在不改變現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下,為了削弱分布式電源對其運(yùn)行造成的負(fù)面影響,美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會提出了能更好地發(fā)揮分布式發(fā)電潛能的一種組織形式——微網(wǎng)(Micro Grid)。微網(wǎng)有并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種模式,并能在兩種運(yùn)行模式之間無縫隙轉(zhuǎn)換。[1]

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的微網(wǎng)系統(tǒng)采用主從控制策略,即當(dāng)微網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式時(shí),其中一個(gè)DR或儲能裝置采取V/f控制,用于向微網(wǎng)中其它DR提供一定的電壓和頻率參考,而其它DR則可采取PQ控制。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中所有的DR均采用PQ控制,即微網(wǎng)不參與頻率調(diào)節(jié),只輸出指定的有功和無功功率。儲能裝置、DR單元均可獨(dú)立或聯(lián)合作為主控單元。DR經(jīng)并網(wǎng)開關(guān)和變壓器饋入配電網(wǎng)。

2 微網(wǎng)中DR的控制策略

在逆變電源的無線并聯(lián)模式下,各個(gè)逆變DR只可以根據(jù)自身的輸出功率通過一定的控制算法來調(diào)節(jié)各自的輸出電壓頻率、幅值和相位。[2]當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓大小已知且不變時(shí),各并聯(lián)逆變器可通過檢測自身的輸出功率值,并依據(jù)本身容量把幅值與頻率這兩個(gè)主要參數(shù)分別通過無功和有功功率進(jìn)行近似的解耦控制。

2.1 下垂控制策略

下垂控制特性指DR輸出有功功率和頻率呈線性關(guān)系而無功功率和電壓幅值成線性關(guān)系。在逆變電源的聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中,逆變器進(jìn)行自身功率檢測,根據(jù)下垂控制系數(shù)得出輸出電壓的幅值及頻率的參考輸入值,再經(jīng)過相應(yīng)控制裝置反相微調(diào)自身輸出電壓幅值和頻率從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功和有功功率的合理分配。輸出功率較大的單元能根據(jù)V/f下垂特性降低其輸出;同樣,輸出功率相對較小的單元可依此增加其輸出,這種不斷進(jìn)行的自身調(diào)節(jié)過程將一直持續(xù)到系統(tǒng)進(jìn)入最小環(huán)流點(diǎn)。[3]

2.2 PQ控制策略

微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式下運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)的參考電壓的控制策略主要是保證微電源輸出的功率大小在可控的范圍內(nèi)變化。微網(wǎng)電壓可通過電流控制環(huán)等調(diào)節(jié)逆變器的輸出電流,實(shí)現(xiàn)無功和有功功率的解耦控制[4]。

由圖1可知PQ控制器主要由2個(gè)整體環(huán)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成,即前半部分的外功率控制裝置與后半部分的內(nèi)電流控制環(huán)串聯(lián)構(gòu)成,可以對有功和無功功率進(jìn)行解耦控制,并經(jīng)過鎖相環(huán)技術(shù)向系統(tǒng)提供頻率支撐。通過調(diào)節(jié)功率得到電流的參考輸入,再將其與反饋所得的實(shí)際電流信號進(jìn)行偏差分析,根據(jù)所得值進(jìn)行快速調(diào)節(jié),產(chǎn)生參考電壓控制信號,使得輸出電壓信號跟蹤參考電壓值。在電流環(huán)設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行解耦控制,以增加前饋控制減少電網(wǎng)電壓對控制系統(tǒng)的影響。

2.3 V/f控制策略

當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式時(shí),系統(tǒng)采用主從控制策略,主控電源采用V/f控制策略,達(dá)到控制微電源的輸出電壓頻率和幅值,以分擔(dān)并網(wǎng)時(shí)大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓β剩瑫r(shí)可以向微網(wǎng)提供參考頻率和電壓,其它微源采用PQ控制。V/f控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

V/f控制器的輸出電壓用作電壓、電流雙環(huán)控制的參考信號。圖中加入PI控制器起到保持輸出電壓精度不變的作用。

3 系統(tǒng)仿真及其結(jié)果分析

PQ控制有功功率和無功功率輸出波形圖如圖3所示,,其中設(shè)定的有功功率期望是8kw,無功功率期望值是460Kvar,由圖中可以看出系統(tǒng)幾乎沒有超調(diào),響應(yīng)時(shí)間小于0.3s,滿足期望要求。

第一個(gè)通道上的波形按幅度高低分別是負(fù)載電壓和電網(wǎng)電壓。第二個(gè)通道是并網(wǎng)開關(guān),在并網(wǎng)時(shí)并網(wǎng)開關(guān)自動閉合置“1”。從圖4中可以看出經(jīng)過頻率相位跟蹤電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流在0.098s可以并網(wǎng),這時(shí)并網(wǎng)開關(guān)閉合,電網(wǎng)電壓與負(fù)載電壓同步,此時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)送電,從而可以驗(yàn)證頻率和相位跟蹤算法的正確性。

4 結(jié)束語

對于微網(wǎng)內(nèi)不同DR采用不同的控制方法,可以優(yōu)化微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行。該文詳細(xì)分析了微網(wǎng)主從型PQ-V/f控制方法,并對該控制策略做了仿真分析,證明了該方法的科學(xué)性和可行性。分布式并網(wǎng)發(fā)電具有廣闊的發(fā)展前景,微網(wǎng)控制這一關(guān)鍵問題還有待不懈探索,智能的微網(wǎng)控制策略將是未來發(fā)展的一個(gè)新方向。[5]

參考文獻(xiàn):

[1] 魯宗相,周雙喜.微電網(wǎng)研究綜述[D].北京:清華大學(xué)電機(jī)系,2011.

[2] 王成山,肖朝霞,王守相.微網(wǎng)綜合控制與分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2008(7):98-102.

[3] Guerrero J M, Matas J, De Vicna L G, et al.Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance.IEEE Trans on Industrial Electronics,2007,54(2):994-1004.

[4] 朱昊,韋綱,吳萬祿,等.城市微電網(wǎng)控制策略的研究[J]. 力與能源,2013(34):3-4.

[5] 崔艷龍.含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)規(guī)劃研究[D].成都:西南交通大學(xué),2013.endprint

摘要:該文設(shè)計(jì)了一個(gè)包含兩個(gè)DR(分布式電源)的微網(wǎng)系統(tǒng),系統(tǒng)采用主從控制策略,當(dāng)微網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式時(shí),其中一個(gè)DR或儲能裝置采取V/f控制,用于向微網(wǎng)中其它DR提供一定的電壓和頻率參考,而其它DR則可采取PQ控制。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中所有的DR均采用PQ控制。建立了基于單相逆變電源的微電網(wǎng)控制系統(tǒng)MATLAB仿真模型,并通過仿真實(shí)驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證分析。

關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電;微網(wǎng);主從控制

中圖分類號:TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2014)30-7205-03

近年來分布式發(fā)電得到了更多的重視和研究應(yīng)用,而以小容量分布式電源為核心形成的微網(wǎng)研究更加令人關(guān)注。在不改變現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下,為了削弱分布式電源對其運(yùn)行造成的負(fù)面影響,美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會提出了能更好地發(fā)揮分布式發(fā)電潛能的一種組織形式——微網(wǎng)(Micro Grid)。微網(wǎng)有并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種模式,并能在兩種運(yùn)行模式之間無縫隙轉(zhuǎn)換。[1]

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的微網(wǎng)系統(tǒng)采用主從控制策略,即當(dāng)微網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式時(shí),其中一個(gè)DR或儲能裝置采取V/f控制,用于向微網(wǎng)中其它DR提供一定的電壓和頻率參考,而其它DR則可采取PQ控制。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中所有的DR均采用PQ控制,即微網(wǎng)不參與頻率調(diào)節(jié),只輸出指定的有功和無功功率。儲能裝置、DR單元均可獨(dú)立或聯(lián)合作為主控單元。DR經(jīng)并網(wǎng)開關(guān)和變壓器饋入配電網(wǎng)。

2 微網(wǎng)中DR的控制策略

在逆變電源的無線并聯(lián)模式下,各個(gè)逆變DR只可以根據(jù)自身的輸出功率通過一定的控制算法來調(diào)節(jié)各自的輸出電壓頻率、幅值和相位。[2]當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓大小已知且不變時(shí),各并聯(lián)逆變器可通過檢測自身的輸出功率值,并依據(jù)本身容量把幅值與頻率這兩個(gè)主要參數(shù)分別通過無功和有功功率進(jìn)行近似的解耦控制。

2.1 下垂控制策略

下垂控制特性指DR輸出有功功率和頻率呈線性關(guān)系而無功功率和電壓幅值成線性關(guān)系。在逆變電源的聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中,逆變器進(jìn)行自身功率檢測,根據(jù)下垂控制系數(shù)得出輸出電壓的幅值及頻率的參考輸入值,再經(jīng)過相應(yīng)控制裝置反相微調(diào)自身輸出電壓幅值和頻率從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功和有功功率的合理分配。輸出功率較大的單元能根據(jù)V/f下垂特性降低其輸出;同樣,輸出功率相對較小的單元可依此增加其輸出,這種不斷進(jìn)行的自身調(diào)節(jié)過程將一直持續(xù)到系統(tǒng)進(jìn)入最小環(huán)流點(diǎn)。[3]

2.2 PQ控制策略

微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式下運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)的參考電壓的控制策略主要是保證微電源輸出的功率大小在可控的范圍內(nèi)變化。微網(wǎng)電壓可通過電流控制環(huán)等調(diào)節(jié)逆變器的輸出電流,實(shí)現(xiàn)無功和有功功率的解耦控制[4]。

由圖1可知PQ控制器主要由2個(gè)整體環(huán)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成,即前半部分的外功率控制裝置與后半部分的內(nèi)電流控制環(huán)串聯(lián)構(gòu)成,可以對有功和無功功率進(jìn)行解耦控制,并經(jīng)過鎖相環(huán)技術(shù)向系統(tǒng)提供頻率支撐。通過調(diào)節(jié)功率得到電流的參考輸入,再將其與反饋所得的實(shí)際電流信號進(jìn)行偏差分析,根據(jù)所得值進(jìn)行快速調(diào)節(jié),產(chǎn)生參考電壓控制信號,使得輸出電壓信號跟蹤參考電壓值。在電流環(huán)設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行解耦控制,以增加前饋控制減少電網(wǎng)電壓對控制系統(tǒng)的影響。

2.3 V/f控制策略

當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式時(shí),系統(tǒng)采用主從控制策略,主控電源采用V/f控制策略,達(dá)到控制微電源的輸出電壓頻率和幅值,以分擔(dān)并網(wǎng)時(shí)大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓β?,同時(shí)可以向微網(wǎng)提供參考頻率和電壓,其它微源采用PQ控制。V/f控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

V/f控制器的輸出電壓用作電壓、電流雙環(huán)控制的參考信號。圖中加入PI控制器起到保持輸出電壓精度不變的作用。

3 系統(tǒng)仿真及其結(jié)果分析

PQ控制有功功率和無功功率輸出波形圖如圖3所示,,其中設(shè)定的有功功率期望是8kw,無功功率期望值是460Kvar,由圖中可以看出系統(tǒng)幾乎沒有超調(diào),響應(yīng)時(shí)間小于0.3s,滿足期望要求。

第一個(gè)通道上的波形按幅度高低分別是負(fù)載電壓和電網(wǎng)電壓。第二個(gè)通道是并網(wǎng)開關(guān),在并網(wǎng)時(shí)并網(wǎng)開關(guān)自動閉合置“1”。從圖4中可以看出經(jīng)過頻率相位跟蹤電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流在0.098s可以并網(wǎng),這時(shí)并網(wǎng)開關(guān)閉合,電網(wǎng)電壓與負(fù)載電壓同步,此時(shí)系統(tǒng)向電網(wǎng)送電,從而可以驗(yàn)證頻率和相位跟蹤算法的正確性。

4 結(jié)束語

對于微網(wǎng)內(nèi)不同DR采用不同的控制方法,可以優(yōu)化微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行。該文詳細(xì)分析了微網(wǎng)主從型PQ-V/f控制方法,并對該控制策略做了仿真分析,證明了該方法的科學(xué)性和可行性。分布式并網(wǎng)發(fā)電具有廣闊的發(fā)展前景,微網(wǎng)控制這一關(guān)鍵問題還有待不懈探索,智能的微網(wǎng)控制策略將是未來發(fā)展的一個(gè)新方向。[5]

參考文獻(xiàn):

[1] 魯宗相,周雙喜.微電網(wǎng)研究綜述[D].北京:清華大學(xué)電機(jī)系,2011.

[2] 王成山,肖朝霞,王守相.微網(wǎng)綜合控制與分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2008(7):98-102.

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