风力发电机及风力发电控制技术
风力发电机的工作原理
风力发电机的工作原理风力发电机是一种利用风能进行发电的装置，其工作原理主要可以分为风能转化和电能转化两个过程。
下面我将详细介绍风力发电机的工作原理，以及其中涉及的一些关键技术和装置。
一、风能转化过程风力发电机首先需要将自然界中的风能转化为机械能，这一过程需要通过如风轮、转轴和变速机构等装置完成。
1. 风轮：风轮是风力发电机中最关键的部件之一，它的作用是将空气中的风能转化为旋转动能。
风轮通常由数片叶片组成，叶片的形状和数量会直接影响到风轮的转速和效率。
一般来说，叶片越大、旋转速度越快，风能转化效率就越高。
此外，风轮上还配备了定位装置，可以根据风的方向调整叶片的角度，以便尽可能地捕捉到更多的风能。
2. 转轴和传动系统：叶片转动时，它们会带动转轴一起旋转。
转轴是将叶片旋转动能传递给发电机的关键部件，它通常由钢材制成，具有足够的强度和刚度。
除了转轴外，风力发电机还配备了传动系统，用于调整风轮和发电机之间的转速差异。
传动系统的设计主要有两个目的：一是使风轮的旋转速度能够匹配发电机的工作要求，二是提高发电机的转速并输出更高的电能。
二、电能转化过程风力发电机将机械能转化为电能的过程，需要通过发电机和变流器等装置完成。
1. 发电机：风力发电机选用的是特殊的发电机，称为风力发电机或风能发电机。
这种发电机的工作原理和普通的发电机基本相同，都是通过旋转运动来驱动转子产生磁场，然后通过磁场和线圈之间的电磁感应产生电能。
与普通发电机不同的是，风力发电机需要具有更高的转速、功率因数和效率。
2. 变流器：由于风力发电机产生的电能是交流电，需要将其转换为适应电网输送的直流电。
这一过程需要通过变流器完成，变流器主要功能是将交流电转化为直流电，并通过电压和频率控制，将发电机输出的电能以适合的形式输送到电网中。
总结：风力发电机的工作原理主要包括风能转化和电能转化两个过程，通过风轮、转轴、变速机构、发电机和变流器等装置的协同工作，将自然界中的风能转化为电能。
新能源风力发电中的控制技术分析
新能源风力发电中的控制技术分析摘要：新能源风力发电是我国21世纪以来重点关注并大力推进的发电技术，位列我国总体发电量第4名，充分说明了风力发电的重要性，以及对于我国绿色可持续发展的重要意义。
而在新能源风力发电技术当中控制技术的重要性较高，对风力发电质量以及运行效益具有重要影响。
本研究基于新能源与风力发电的概念，阐述了我国风力发电的发展现状，随后分析了新能源风力发电控制技术，风轮控制技术、发电机控制技术、电子电力变换器控制技术、谐波消除控制技术、无功功率补偿技术与预测控制技术；最后对未来新能源风力发电控制技术发展方向作出展望，希望发挥风力发电技术价值，并提高风力发电技术水平。
关键词：新能源；风力发电；控制技术引言现如今全球对于碳排放和碳管理的要求日益严格，不论是对于汽车还是对于工业生产都提出了更为严苛的规章制度，在此背景下，新能源开始受到更多的关注。
而风力发电作为新能源当中经济性较强，应用较为广泛的新能源技术，也在近年来成为我国新能源首选发电方式。
在风力发电当中，控制技术的重要性较高，因此对新能源风力发电中的控制技术作出分析与展望，具有较高理论与现实意义。
本研究基于风力发电与新能源概念，阐述了我国风力发电的发展现状，随后分析了六种新能源风力发电控制技术，包括风轮控制技术、发电机控制技术、电子电力变换器控制技术、谐波消除控制技术、无功功率补偿技术与预测控制技术；最后提出了新能源风力发电中控制技术的未来革新方向，包括PLC自动化控制技术、智能控制技术、多智能体系统控制技术、大数据/人工智能技术以及多能源系统集成技术，丰富该领域研究成果，为风力发电行业可持续发展提供助力。
1 新能源风力发电概述1.1新能源概述新能源也被称为非常规能源，是指除化石能源以外的其他能源。
目前各国家主要使用的能源包括石油、煤炭与天然气，这三类能源的热转化效率低、不可再生，同时会对环境产生严重污染[1]。
而新能源对环境污染较小或不会对环境产生污染，一般指基于新技术而来的可再生能源。
风力发电机原理及风力发电技术
风力发电机原理及风力发电技术能源问题是一个世界性的难题，其直接影响着社会的发展与时代的进步。
我国为了环境能源危机问题，加强了对能源结构的调整，进一步开发清洁能源。
风能作为一种可再生能源，其具有清洁、高效等一系列优点，因此近年来风力发电技术的发展十分迅速。
本文重点介绍了风力发电机以及风力发电技术，以期促进我国风力发电行业的进一步发展。
标签：新能源；风力发电机；风力发电技术；应用1 风力发电机及其分类1.1 风力发电机风力发电机是根据传统的风车改造而来的，其能够将风能转换为机械能，然后通过发电装置将机械能转变为电能。
风力发电机在运作的过程中主要是通过叶片来收集风能，然后再通过增速机对叶轮进行加速，从而实现发电。
1.2 风力发电机分类1.2.1 按照机组容量划分按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。
小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。
1.2.2 按运行特征和控制方式划分按风力发电机的运行特征和控制方式划分可以将其分为恒速恒频风力发电系统与变速恒频风力发电系统两种。
恒速恒频风力发电系统结构简单、控制方便、可靠性高，但是风能利用率不高。
变速恒频风力发电系统转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。
1.2.3 风力发电机风轮轴位置分类风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。
水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。
1.2.4 按结构以及运行原理对于常用的风力发电机，根据其具体的结构以及运行原理，可以将其具体的分为直流电机、感应异步电机和同步电机几大类。
不同的发电系统所用的发电机不同，恒速恒频风力发电系统常使用异步感应电机和电励磁同步电机，异步感应电机运行稳定、结构简单、使用维护方便、环境适应性强，但运行范围较宅。
风力发电机及风力发电控制技术
风力发电机及风力发电控制技术摘要：进入21世纪，我国的经济、建筑、科技等领域高速发展，能源的消耗量急剧增加，不可再生资源日益紧缺，让人们越来越重视可再生能源的开发与利用。
风能作为一种常见的、应用十分广泛的自然能源，具有开发潜力大、成本稳定可控、无二次污染等优势。
纵观我国风能应用情况，当前，风力发电技术得到了进一步发展，但相较于发达国家，我国的风力发电技术仍然存在一定的滞后性。
为解决这一问题，必须深入研究风力发电机及其控制技术，以有效控制风力发电机，从而让风力发电机具备更优的性能，提高风能的利用率。
关键词：风力发电机；风力发电控制；技术前言资源、能源的庞大消耗是摆在人类发展面前的巨大问题，在我国，快速发展一度导致了严重的环境污染问题，经过长时间的治理才最终得到了令人满意的结果，而目前面对能源的短缺，新时代如何更好地利用清洁能源，是发展的重要课题。
风力发电技术在我国多年的攻关下取得了较大的发展，开始成为清洁能源的重要组成部分，本文将阐述目前我国应用的风力发电技术以及风力发电的控制技术，并分析其中的优势，对未来的发展进行展望，为我国的风力发电事业提供理论支持。
1常见的风力发电机1.1 传统风力发电机（1）绕线式异步发电机。
绕线式异步风力发电机的转子主要是由铜线绕制的线圈，可以利用滑环让线圈末端与启动控制设备相连接，当发电机启动时，电流相对较小，转矩则很大，具备良好的可控性。
利用电力电子装置，既能够调整转子回路的电阻，又能够调节发电机的转差率，当转差率≥10%时，能够有限变速运行。
（2）笼型异步发电机。
笼型异步发电机作为一种交流发电机，可以利用定子和转子之间的气隙旋转磁场，使之和转子绕组中的感应电流彼此作用，因此该发电机也被称作感应发电机。
当笼型异步发电机运行的速度大于同步转速时，随着转差率的不断增加，输出功率也会增加；反之，输出功率会降低。
（3）有刷双馈异步发电机。
有刷双馈异步风力发电机主要通过双端馈电运行方式实现定子和电源、转子与电源之间的联系，让其处于并网运行状态，这可以在很大程度上降低功率变换器的功率。
风力发电机组控制技术
恒速定桨距风力发电机组存在低风速运行时风能转换效 率低的问题。在整个运行风速范围内由于气流的速度是不断 变化的，如果风力机的转速不能随风速而调整，必然要使风 轮在低风速时的效率最低。发电机本身也存在低负荷时的效 率低的问题。 变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并 网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特 性都有显著的改善。风力发电机组的变桨距系统组成的闭环 控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。
1.2.2 风力发电机组安全运行的基本条件 对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化，所以 转速的控制是机组安全运行的关键。风速的变化、转速的变化、 温度的变化、振动等都会直接威胁风力发电机组的安全的运行。 1.2.2.1 风力发电机组工作参数的安全运行范围 1风速 风速的规定工作范围3~25m/s，风速超过25m/s以上时，会 对机组的安全性产生威胁。 2转速 风力发电机组超速时，对机组的安全性将产生严重威胁。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统
1 概述 2 定桨距风力发电机的控制 3 变桨距风力发电机的控制 4 变速风力发电机的控制 5 控制系统的执行机构 6 偏航系统
1 概述 风力发电机组控制系统是机组正常运行的核心，其控制技 术是风力发电机组的关键技术之一，其精确的控制、完善的功 能将直接影响机组的安全与效率。 1.1 风力发电机组控制系统的基本组成 控制系统关系到风力机的工作状态、发电量的多少以及设备 的安全。 发电机的结构和类型不同形成了多种结构和控制方案。风力 发电机组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组 成。
（4）热继电器保护运行，设过热、过载保护控制装置。 （5）接地保护，设备所有零部件因绝缘破坏或其他原因可能引 起出现危险电压的金属部分，均应实现保护接地。
第四、五章 风力发电机原理与控制 风力发电原理课件
3.机组控制系统
主要控制系统
1）变桨距控制系统 2）发电机控制系统 3）偏航控制系统 4）安全保护系统
风轮
风
增速器
变桨距 风速测量
发电机 转速检测
并网开关
电网 变压器
并网
熔断器
控制系统
发电功率 其它控制
16
3.机组控制系统
控制系统功能要求：
1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网自动切除； 2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 3）根据风向信号自动对风； 4）根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调整； 5）当发电机脱网时，能确保机组安全停机； 6）运行过程对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测 和记录，处理； 7）对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能； 8）具有良好的抗干扰和防雷保护措施。
(塔底急停)
(机舱急停)
Profibus ok
110S1 (振动)
110S2 (扭缆)
110K3 （叶轮超度）
110K4 (发电机超速)
110K5 （变桨安全链）
110K6 （看门狗动作）
110K7
110K8
110K9
(变桨安全链)
110KA (偏航系统安全链)
110KB (变流系统安全连)
安全链系统
直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图
10
2.双馈发电机
双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异 步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与 绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可 以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁 电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。 转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双 馈”由此得名。
试论风力发电机原理及风力发电技术
试论风力发电机原理及风力发电技术摘要：随着人们生产和生活对电力的需求逐渐增加，风力发电已经受到人们的广泛关注。
风能是一种环保清洁的能源，作为发电的原动力，对推动电力的长久发展有很好的帮助。
本文主要对风力发电机的原理以及风力发电技术进行了介绍，以供参考。
标签：风力发电技术;风力发电机;原理;应用随着低碳环保理念的不断深入，新能源的开发利用被人们广泛关注，风能是一种环保、可再生的能源，而且由于人们活动对电力的需求不断增加，将其应用到电力发电中具有很好的发展潜力。
在如今的风力发电中，发电机的控制技术在不断的提升，能够有效提高风能的利用率，提高发电量，进一步推动电力事业的良好发展。
1.风力发电机的介绍1.1概念风力发电机作为风力发电的关键设备，主要是利用风能转化为机械动能，用动力带动风车的叶轮进行转动，然后产生电流进行输出的相关设备。
风力发电机是在传统的风车基础上发展而来的，风车的叶轮通过风速以及风力的带动进行旋转而获取到风能，然后通过相关装置等完整的系统来完成风力发电。
1.2种类风力发电的种类主要有变速风力发电、恒速风力发电以及有限变速风力发电。
最开始进行风力发电时，通常都是采用恒速风力发电的方法，其中使用的風力发电机主要是笼型异步发电机，这种发电机的投入成本不高、系统构造相对简单、稳定可靠，最初的风力发电应用较好。
但是这种发电机对转速的适应范围较小，如果在运行时的功率过大，使转速超出允许范围，就会影响发电机的稳定性。
恒速发电由于速度不能灵活调节，也就使风能的利用效率不高，影响其发展使用。
在有限变速风力发电中，主要是使用绕线式异步发电机，这种发电机就能够进行相应的变速，原因是在发电机的转子上接入外来的可变电阻，从而对发电机的转速进行相应调节，同时又通过变桨距对转子进行调整来控制电流，使发电机输出的功率能够相对稳定，使发电机的性能得到有效的保证。
在变速风力发电中，使用的发电机有多种类型，主要有电励磁同步发电机、双馈异步发电机以及永磁同步发电机。
风力发电机组的控制技术(论文)
风力发电机组的控制技术风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成；风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。
风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的切入（电网）和切出（电网）、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。
同时，风力资源丰富的地区通常都是海岛或边远地区甚至海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电机组的控制系统的可靠性提出了很高的要求。
与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。
它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网与脱网控制，以确保运行过程的安全性与可靠性，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。
20世纪80年代中期开始进入风力发电市场的定桨距风力发电机组，主要解决了风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术，这些都是并网运行的风力发电机组需要解决的最基本的问题。
由于功率输出是由桨叶自身的性能来限制的，桨叶的节距角在安装时已经固定；而发电机转速由电网频率限制。
因此，只要在允许的风速范围内，定桨距风力发电机组的控制系统在运行过程中对由于风速变化引起输出能量的变化是不作任何控制的。
这就大大简化了控制技术和相应的伺服传动技术，使得定桨距风力发电机组能够在较短时间内实现商业化运行。
20世纪90年代后，风力发电机组的可靠性已经不是问题，变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场。
采用全桨变距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著和改善。
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风力发电机及风力发电控制技术
摘要：在能源和资源快速消耗的当下，自然生态环境也在受到资源消耗的影
响逐渐恶化，因此，为了可以谋求经济健康稳定持续地增长下去，应该大力地开
发一些新型的清洁能源来缓解环境的继续恶化以及资源的快速消耗。
风力能源的
出现,能有效地缓解当前阶段出现的能源危机,从而进一步有效的推动当前社会经
济的不断持续增长。
关键词：风力发电；控制技术；风力发电机
一、风力发电机
风力发电技术是一种能够有效地缓解当前能源危机的比较有效的手段，风力
发电以其非常特殊的优势从而获得了当前世界各国更加广泛的关注以及特别的重视。
在传统的风力发电机制作过程中主要还是采用有刷双馈异步发电机、笼型异
步发电机以及同步发电机等等。
在这些里面，笼型异步发电机的工作原理一般情
况主要是通过其电容器的功能来实现一些无功补偿的，其最为关键的一点是在高
于同步转速的附近开展一些恒速运转的工作的，同时使用一种叫定桨距失速而推
动发电机开展运行的。
而有刷双馈异步发电机的工作原理主要是在实际运用中能
够非常有效地降低功率变化器的消耗功率。
此外，同步发电机的特点是其转速比
较低，而且轴向尺寸是要比一般的较小，这种大电机实际更适合于应用到一些特
殊的启动力矩比较大的发电电机并网的里面中来。
而当前阶段的风力发电机正在
得到进一步的创新以及性能上面的完善，而且现存的一些新型风力发电机里面主
要包括无刷双馈异步发电机、永磁无刷同步发电机以及永磁同步发电机等等。
而
在这些发电机里面，无刷双馈异步发电机能够深度体现出的自身具备优势的相对
突出，其结构是比较的简单，但是过载能力要比其他的强一些，而且运行效率是
比一般的更高、更可靠，这种发电机能够有效地改善一些传统标准型的双馈电机
运行过程中存在的缺陷以及不足等问题，而且同时还具备笼型异步发电机的所能
够体现出来的优势。
此外，永磁同步发电机的工作机理则主要是通过运用先进的
二极管进行代替其中的电刷装置，从而将两者可以有效地连接在一个基础的上面，
同时采用特殊的外电枢结构进行工作。
不过，永磁同步发电机工作是不需要对其
加设立相关的磁装置，这种发电机能够有效地降低励磁损耗，所以他的运行优势
是比较为突出，也是值得被广泛推广的一种发电机。
二、风力发电控制技术
2.1定桨距失速风力发电技术
定桨距风力发电机组在２０世纪８０年代中期开始进入风力发电市场，重点
解决了风力发电机组的并网问题、运行安全性以及可靠性问题。
采取软并网技术、空气制动技术、偏行和自动解缆技术。
桨叶节距角在安装时固定，发电机的速度
受到电网频率的限制，输出功率受到桨叶自身特点的限制。
风速高于额定转速时，桨叶可以通过失速调节自动保持额定输出功率，一般依靠叶片独有的翼型结构，
在遭遇大风时，流过叶片背风面的气流发生絮流，减小叶片气动效率，影响能量
捕获，出现失速。
由于失速是一个非常复杂的空气动力学过程，对于不稳定的风，很难准确计算失速效应，因此很少在大型风力发电机的控制中使用。
2.2变桨距风力发电技术
从空气动力学的角度来看，当风速过高时，能够通过调节桨叶节距和改变气
流对叶片攻角，进而改变风力发电机组得到的空气动力转矩，从而使输出功率保
持稳定。
采用变桨距调节方法，风机输出功率曲线平滑。
当风吹时，塔筒、叶片
和地基的影响比失速调节风力发电机小得多，可以降低材料的利用率，降低整机
的重量。
它的缺点是需要一个复杂的变桨距机构，需要阵风的响应速度快到可以
减少风的波动引起的功率脉动。
2.3变速风力发电技术
变速运行是风机叶轮的运行方式，其转速随风速的变化而变化，保持最佳的
叶尖速度比和最大的风能利用系数。
与恒速风力发电机组相比，风速随风速变化
的变速风力发电技术在运行中保持最优的叶尖速度，获得最大的风能，当风轮转
速变化时，风速变化较大，提高了系统的灵活性和传输能力，使输出功率更稳定，更有动力和功率转矩脉动补偿。
三、风力发电系统的智能控制
3.1模糊控制
模糊控制是一种典型的智能控制方法，其最大的特点是专家的经验和知识被
表达为控制的语言规则。
它不依赖于受控制对象的精确数学模型，能够克服非线
性因素的影响，对被调节对象的参数具有较强的鲁棒性。
风力发电系统是一个随
机非线性系统，因此模糊控制非常适合于风力发电机组的控制。
模糊控制在发电
机转速跟踪、最大风能采集、发电机最大功耗、风力发电系统鲁棒性等方面取得
了良好的控制效果。
笼式异步发电机采用模糊控制机制，通过模糊控制和模糊控
制参数设置，提高了跟踪装置的性能，提高了功率控制的效率；计算光负载流量，实现发电机逆变器效率优化；在功率偏差和变化时，可以在额定转速下达到最大
功率。
变速恒频无刷双风力发电系统采用自适应模糊控制模型，实现了较好的鲁
棒性和抗干扰能力，通过模糊控制实现了最大的风能捕捉，提高了系统的稳定性。
3.2神经网络控制
人工神经网络具有任意逼近非线性模型的非线性映射能力，其自学习和自收
敛可作为自适应控制器。
在风力发电系统中，可以利用神经网络预测风速的变化，根据以往的风速观测数据。
基于数据的机器学习是现代智能技术的一个重要方面。
研究是基于观测数据来发现规则，并利用这些规则来预测未来的数据或不可观测
的数据，从而有效地控制工业过程。
这些学习方法包括模式识别、神经网络、支
持向量机等。
在风力发电系统中，可以从操作单元获得大量重要的数据，以研究
机组的动态特性和性能。
因此，将上述数据驱动的机器学习方法与控制风能转换
系统相结合是解决风机控制问题的重要途径之一。
四、风力发电控制技术的发展前景
再生能源的开发、利用是全球范围内都在关注的问题，社会经济越发达，对
能源的需求量就越大，因此风力发电技术受到普遍关注。
（1）海上风电场技术。
与内陆地区相比,海上的风力资源更加丰富，而且主导的风向更具有稳定性，周
围环境对风电技术产生的影响比较小，十分有利于海上风电场的发展。
然而，有
些技术上的难题仍然是不可避免的，比如风电系统保护技术、海上风电场协调控
制技术、海上风电场运输技术,如果上述技术问题能够一一得到解决，风力发电
技术的稳定性就能大幅度提高。
（2）最大风能的捕获技术。
发电转速能否达到
最好的控制效果是研究风力发电系统的关键,为了保证风电系统的稳定与可靠，
需要不断的调控并网开关闭合。
捕获最大风能需要不断的调节发电机的扭转功率
和桨距,只有这样才能让那个风力发电技术迅速发展。
（3）大容量的风电系统。
为了满足社会日益增加的能源需求量,兆瓦级的大容量机组成为主要的发展趋势，可以最大限度的提高发电设备的利用效率，避免资源浪费，尽可能地给风电产业
带来经济效益。
然而，大容量机组在技术上实现起来非常困难，增加容量意味着
要进一步改进风力发电设备、控制技术和各种材料，提高了工作难度。
目前来讲，直驱式的永磁风力发电机以及多极永磁发电机是主要的参考对象，更是设计大容
量机组的技术指导依据。
五、结语
综上所述，风能可以作为一种比较清洁的新型能源使用，风能能够有效地缓
解当前的能源危机，进一步推动当前社会经济的持续性增长。
而且风力发电技术
通过不断的完善以及创新，已经逐渐成为当前新型清洁能源中一个非常重要的组
成部分，并且为当前经济发展带来更大的经济效益以及社会效益。
参考文献：
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究(电子版),2014(35):376-377.
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