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中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司成立于2002年12月,以投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)電網(wǎng)為核心業(yè)務(wù),致力于為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供可持續(xù)的電力保障,連續(xù)3年位居世界500強(qiáng)企業(yè)第2位,是全球最大的公用事業(yè)企業(yè)。在國(guó)內(nèi),我們運(yùn)營(yíng)著全球裝機(jī)規(guī)模最大,、輸電能力最強(qiáng)的特大型電網(wǎng),為超過11億人口提供供電服務(wù);在境外,我們投資運(yùn)營(yíng)7個(gè)國(guó)家和地區(qū)的骨干能源網(wǎng),并以工程承包等方式參與能源電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),管理境外資產(chǎn)約655億美元,擁有良好的市場(chǎng)信譽(yù)和國(guó)際影響力。 下面,結(jié)合論壇主題和中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司的實(shí)踐,就構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)與大家分享3個(gè)方面的認(rèn)識(shí),。 中國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展實(shí)踐 電是人類歷史上最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一,電能的廣泛應(yīng)用,極大地解放了社會(huì)生產(chǎn)力,促進(jìn)人類文明的進(jìn)步,。如今,電能已經(jīng)成為全球使用最廣泛、最重要的能源之一,遍布世界各地的電力系統(tǒng),每天源源不斷地為人類社會(huì)發(fā)展提供不竭動(dòng)力,。 中國(guó)有電始于1882年,。到1949年全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量185萬千瓦,年發(fā)電量43億千瓦時(shí),人均裝機(jī)僅有3瓦。新中國(guó)成立后,中國(guó)政府把電力工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的先行工業(yè)擺在優(yōu)先發(fā)展的位置,經(jīng)過近70年的艱苦努力,特別是改革開放40年來的快速發(fā)展,中國(guó)電力工業(yè)取得舉世矚目的成就,?；仡櫺轮袊?guó)成立以來的電力發(fā)展歷程,大致可分為3個(gè)階段: 第一個(gè)階段:從新中國(guó)成立后的1949年到改革開放前的1978年。這一時(shí)期,中國(guó)電力發(fā)展的主要任務(wù)是加快建立電力工業(yè)體系,提高電力自主建設(shè)能力,電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是小機(jī)組,、低電壓,、省內(nèi)聯(lián)網(wǎng),電力供需主要在省內(nèi)平衡。到1978年,中國(guó)平均單機(jī)容量?jī)H為3萬千瓦,初步形成以220千伏為主網(wǎng)架的省級(jí)電網(wǎng)。 第二階段:從改革開放后的1979年到20世紀(jì)末的2000年,。這一時(shí)期,隨著改革開放的深入,中國(guó)經(jīng)濟(jì)加快發(fā)展,電力需求快速增長(zhǎng),電力供應(yīng)長(zhǎng)期緊缺,中國(guó)電力發(fā)展的主要任務(wù)是通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),、多方集資辦電,著力解決缺電問題,電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是大機(jī)組、高電壓,、省間聯(lián)網(wǎng),電力供需主要在區(qū)域內(nèi)統(tǒng)籌平衡,。到2000年,30萬千瓦及以上機(jī)組逐步成為主力機(jī)型,電網(wǎng)主網(wǎng)架向500千伏升級(jí),跨省聯(lián)網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,基本形成六大區(qū)域電網(wǎng)。 第三階段:21世紀(jì)以來至今,。這一時(shí)期,中國(guó)工業(yè)化,、城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快,資源、環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的制約日益突出,電力發(fā)展的主要任務(wù)是滿足電力供應(yīng)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)并重,電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是大基地,、特高壓,、全國(guó)聯(lián)網(wǎng),電力資源在全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)籌平衡。到2017年,全國(guó)電力裝機(jī)達(dá)到17.8億千瓦,年發(fā)電量6.4萬億千瓦時(shí),均居世界第一位,實(shí)現(xiàn)了除中國(guó)臺(tái)灣以外的全國(guó)聯(lián)網(wǎng),在西部,、北部建成一批大型能源基地,電網(wǎng)大規(guī)模,、遠(yuǎn)距離輸電能力顯著發(fā)揮,形成了大規(guī)模“西電東送”“北電南供”電力配置格局,。 中國(guó)電力工業(yè)是一個(gè)不斷創(chuàng)新,、進(jìn)步的過程,是一個(gè)從弱到強(qiáng)、從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的過程,。在這個(gè)過程中,形成了兩大標(biāo)志性工程,。 第一個(gè)標(biāo)志性工程是三峽輸變電工程。三峽輸變電工程是三峽工程的重要組成部分,承擔(dān)著三峽水電送出任務(wù),。通過三峽輸變電工程建設(shè),不僅實(shí)現(xiàn)了三峽水電送出,而且大幅提高了中國(guó)電網(wǎng)技術(shù)水平,掌握了±500千伏直流輸電的核心技術(shù),實(shí)現(xiàn)了華中,、華東、華北,、南方電網(wǎng)互聯(lián),有力地促進(jìn)了全國(guó)聯(lián)網(wǎng),。三峽輸變電工程是中國(guó)電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)由跟跑到并跑的關(guān)鍵性工程,也是實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)性工作。 第二個(gè)標(biāo)志性工程是特高壓輸電工程,。特高壓輸電是指1000千伏交流,、±800千伏直流及以上的輸電技術(shù),具有大容量、遠(yuǎn)距離,、低損耗,、占地少的綜合優(yōu)勢(shì),是目前世界最先進(jìn)的輸電技術(shù)。國(guó)家電網(wǎng)公司于2005年全面啟動(dòng)特高壓工作,依靠自主創(chuàng)新全面掌握了特高壓交,、直流核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用,2009年建成晉東南—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程,、2010年建成向家壩—上海特高壓直流示范工程。目前,中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司已建成投運(yùn)“八交十直”18項(xiàng)特高壓工程,合計(jì)交流變電容量1.29億千伏安,直流輸電容量8360萬千瓦,線路長(zhǎng)度超過3萬千米,。特高壓使中國(guó)在遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了從并跑到領(lǐng)先的跨越,為構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng),、推動(dòng)能源在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置提供了重要支撐,。國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)認(rèn)為:“中國(guó)的特高壓工程是一個(gè)偉大的技術(shù)成就,是世界電力工業(yè)發(fā)展史上的里程碑?！?br> 能源轉(zhuǎn)型對(duì)電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn) 進(jìn)入21世紀(jì),為應(yīng)對(duì)氣候變化,、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障能源供應(yīng),世界各國(guó)都加快推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型,。2015年達(dá)成的《巴黎協(xié)定》,為這一輪能源轉(zhuǎn)型提供了新的驅(qū)動(dòng)力,。從本質(zhì)上看,這一輪能源轉(zhuǎn)型是一個(gè)再電氣化的過程,同以往的電氣化相比,這一輪再電氣化進(jìn)程有明顯不同。能源生產(chǎn)環(huán)節(jié),體現(xiàn)為電能越來越多的由非化石能源轉(zhuǎn)換而來,最終將主要由非化石能源特別是可再生能源轉(zhuǎn)換而來;終端能源消費(fèi)環(huán)節(jié),體現(xiàn)為電能的利用范圍前所未有的拓展,電力將成為支撐現(xiàn)代信息社會(huì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的主要能源品種,。 中國(guó)是全球最大的能源消費(fèi)國(guó),能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以煤為主,能源需求呈較快增長(zhǎng)趨勢(shì),油氣對(duì)外依存度持續(xù)提升,推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的任務(wù)十分緊迫,。中國(guó)政府出臺(tái)了一系列政策,積極支持能源轉(zhuǎn)型?！吨袊?guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016～2030)》明確提出,到2020,、2030、2050年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重分別達(dá)到15%,、20%和50%;2030年前碳排放總量達(dá)到峰值,。 在中國(guó)政府大力推動(dòng)下,中國(guó)能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程不斷加快。2008～2017年,中國(guó)風(fēng)電,、太陽能發(fā)電裝機(jī)年均增長(zhǎng)達(dá)到44%和191%,大大高于全球19%和46%的平均增速,。截至2017年底,中國(guó)可再生能源裝機(jī)6.5億千瓦(水3.4、風(fēng)1.6,、光1.3億千瓦),占比36.6%(略低于歐洲2015年38.7%的水平,遠(yuǎn)高于美國(guó)19.6%的水平),。與此同時(shí),電能占終端能源消費(fèi)比重不斷提升,2000年以來,中國(guó)電能占終端能源消費(fèi)比重由14.8%提高到23.5%,提升了約9個(gè)百分點(diǎn),比全球平均水平高約5個(gè)百分點(diǎn)。預(yù)計(jì)2020,、2035,、2050年,電能占終端能源消費(fèi)比重將由目前的23.5%提升至25%、30%,、40%,。 能源轉(zhuǎn)型持續(xù)推進(jìn),特別是風(fēng)能、太陽能等具有間歇性,、波動(dòng)性特征的新能源大規(guī)?？焖侔l(fā)展,給電力系統(tǒng)帶來一系列重大挑戰(zhàn)。一是電網(wǎng)資源配置能力的挑戰(zhàn),。中國(guó)能源資源與需求逆向分布,80%以上的水電、風(fēng)電,、太陽能發(fā)電資源集中在西部北部地區(qū),與東中部負(fù)荷中心相距1000～3000千米,。大規(guī)模開發(fā)西部北部的可再生能源,持續(xù)擴(kuò)大“西電東送”“北電南供”規(guī)模,對(duì)電網(wǎng)大范圍配置能力提出了挑戰(zhàn)。 二是確保系統(tǒng)安全的挑戰(zhàn),。隨著新能源和直流輸電的快速發(fā)展,電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用,電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性和機(jī)理發(fā)生深刻變化,。風(fēng)電的“弱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”和光伏的“零轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”導(dǎo)致電力系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大幅度降低,抗擾動(dòng)能力下降,易發(fā)生穩(wěn)定破壞,。同時(shí),機(jī)電和電磁暫態(tài)過程交織,系統(tǒng)穩(wěn)定形態(tài)復(fù)雜,大直流送端過電壓?jiǎn)栴}更為突出,多直流饋入地區(qū)的電壓崩潰風(fēng)險(xiǎn)顯著提高。三是系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)的挑戰(zhàn),。電力系統(tǒng)具有發(fā),、供、用實(shí)時(shí)平衡的特點(diǎn),傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行控制方式是利用常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力滿足負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化,。風(fēng)電,、太陽能發(fā)電等具有顯著的間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性特征,不具備常規(guī)電源有功,、無功調(diào)節(jié)性能,導(dǎo)致電網(wǎng)短路容量大幅下降,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力嚴(yán)重不足,。同時(shí),我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以煤電為主,其調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)速度不能滿足新能源大規(guī)模并網(wǎng)要求。 四是系統(tǒng)靈活控制的挑戰(zhàn),。隨著越來越多的電力電子元件接入,系統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)由傳統(tǒng)交流設(shè)備向電力電子化轉(zhuǎn)變,電力電子設(shè)備并網(wǎng)存在諧波,、諧振與振蕩風(fēng)險(xiǎn),頻率分布于更寬的頻帶范圍,與火電機(jī)組次同步振蕩等問題交織,給電網(wǎng)無功和諧波控制帶來困難。分布式新能源,、微電網(wǎng),、電動(dòng)汽車大規(guī)模接入,系統(tǒng)運(yùn)行特征由潮流從電網(wǎng)到用戶的單向流動(dòng)模式向雙向互動(dòng)轉(zhuǎn)變,系統(tǒng)控制的復(fù)雜性大幅增加。 五是政策和市場(chǎng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn),。近年來,新能源開發(fā)成本持續(xù)下降,但與常規(guī)電源相比,成本依然偏高,新能源比例較大的國(guó)家普遍存在補(bǔ)貼數(shù)額巨大和終端用戶電價(jià)持續(xù)上漲的壓力,。中國(guó)也不例外,目前新能源補(bǔ)貼已出現(xiàn)資金缺口,省間壁壘嚴(yán)重制約資源優(yōu)化配置,火電參與調(diào)峰、儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展,、電力負(fù)荷參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的有效價(jià)格激勵(lì)機(jī)制尚沒有形成,棄風(fēng),、棄光問題突出,政策和市場(chǎng)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性有待提升。 能源轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn),對(duì)電網(wǎng)的功能作用,、運(yùn)行方式提出了前所未有的考驗(yàn),迫切需要推進(jìn)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)換代升級(jí),。基于我們的研究和實(shí)踐,我認(rèn)為,未來的電力系統(tǒng),在功能上將向能源互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn),在技術(shù)上將向新一代電力系統(tǒng)升級(jí),。 新一代電力系統(tǒng)發(fā)展方向 與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比,新一代電力系統(tǒng)的物理特性,、設(shè)備基礎(chǔ)、運(yùn)行特征,、控制方式都將發(fā)生根本改變,具有廣泛互聯(lián),、智能互動(dòng)、靈活柔性,、安全可控,、開放共享5個(gè)方面特征。 廣泛互聯(lián),是指系統(tǒng)規(guī)模大,、接入主體多,電網(wǎng)成為資源大范圍優(yōu)化配置平臺(tái),。電力系統(tǒng)接入主體更加多樣化,分布式電源、微電網(wǎng),、儲(chǔ)能,、電動(dòng)汽車等大量新型用能設(shè)備大量接入;電網(wǎng),、信息網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)深度融合,網(wǎng)絡(luò)跨地域,、跨領(lǐng)域互聯(lián),能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的能源互濟(jì)供應(yīng),。 智能互動(dòng),是指系統(tǒng)具備高度智慧化和交互性,電力生產(chǎn)、消費(fèi)與電力市場(chǎng)緊密融合,?！按笤莆镆啤焙腿斯ぶ悄芗夹g(shù)得到廣泛應(yīng)用,電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)具備智能感知能力、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力,、智能決策水平,。發(fā)電和用戶的雙向選擇權(quán)放開,發(fā)電側(cè)與售電側(cè)各主體在電力市場(chǎng)中廣泛參與、充分競(jìng)爭(zhēng),用戶通過經(jīng)濟(jì)政策或價(jià)格信號(hào),實(shí)現(xiàn)主動(dòng)負(fù)荷需求響應(yīng),。 靈活柔性,是指系統(tǒng)具有強(qiáng)大的適應(yīng)性和抗干擾能力,新能源消納水平顯著提升,。儲(chǔ)能、虛擬同步機(jī),、大功率電力電子器件,、柔性輸電等新技術(shù)、新設(shè)備廣泛應(yīng)用,系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性顯著提升,。源隨荷動(dòng),、荷隨網(wǎng)動(dòng),源網(wǎng)荷實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),電網(wǎng)運(yùn)行的彈性顯著增強(qiáng)。 安全可控,是指系統(tǒng)具有高度穩(wěn)定性和可靠性,電網(wǎng)安全可控能控,。電網(wǎng)預(yù)防和抵御事故風(fēng)險(xiǎn)的能力顯著提升,降低大面積停電風(fēng)險(xiǎn),。交流與直流、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展,主網(wǎng),、配電網(wǎng)效率效益和供電可靠性雙提升,。網(wǎng)絡(luò)信息加密技術(shù)普及,電力系統(tǒng)信息安全防護(hù)水平顯著增強(qiáng)。 開放共享,是指系統(tǒng)具有高度開放性和共享度,電網(wǎng)成為綜合能源服務(wù)平臺(tái),。電力,、燃?xì)狻崃?、?chǔ)能等資源,通過電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,能源綜合利用效率得到優(yōu)化,。互聯(lián)網(wǎng)理念貫穿各類用電業(yè)務(wù),形成透明開放的服務(wù)網(wǎng)絡(luò),。支撐分布式能源,、各類用能設(shè)備友好接入。構(gòu)建新一代電力系統(tǒng),技術(shù)創(chuàng)新是關(guān)鍵,需要在以下5個(gè)方面重點(diǎn)突破,。 一是堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。這是構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)。從世界范圍看,加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)互通,、擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)規(guī)模,是很多國(guó)家實(shí)現(xiàn)能源資源大范圍優(yōu)化配置,、推進(jìn)能源清潔轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略性選擇。目前,歐洲已建成統(tǒng)一同步電網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)新能源在各國(guó)互濟(jì)消納,為適應(yīng)風(fēng)電,、太陽能大規(guī)模發(fā)展的需要,歐盟計(jì)劃到2030年將各國(guó)的跨國(guó)輸電容量再增加一倍,。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)到2035年的跨區(qū)輸電規(guī)模將從目前的1.9億千瓦進(jìn)一步提高到3.8億千瓦,10多個(gè)特高壓直流群接入東中部地區(qū),需要加快發(fā)展特高壓交流輸電,構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的送、受端同步電網(wǎng),解決大直流帶來的潮流匯集與疏散安全問題,。 二是綜合安全防御體系,。加快發(fā)展更快、更強(qiáng),、廣域,、智能的大系統(tǒng)控制技術(shù),對(duì)電網(wǎng)故障的實(shí)時(shí)跟蹤分析將從分鐘級(jí)提升為秒級(jí)、毫秒級(jí),安全防御體系向電源側(cè),、用戶側(cè)深度延伸,電源側(cè)重點(diǎn)提高集群控制的靈活性,用戶側(cè)重點(diǎn)提高分散控制的精確性,。電網(wǎng)環(huán)節(jié)要加快發(fā)展柔性交、直流輸電,增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力,。電網(wǎng)調(diào)度朝著高度智慧化方向發(fā)展,具備全網(wǎng)狀態(tài)感知能力,、自適應(yīng)巡航能力,成為新一代電力系統(tǒng)的智能中樞,保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 三是快速平衡調(diào)節(jié)能力,。新一代電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)與無功調(diào)節(jié)將朝著快速,、動(dòng)態(tài)、深度,、精準(zhǔn)方向發(fā)展,。頻率調(diào)節(jié)方面,重點(diǎn)是推動(dòng)傳統(tǒng)火電、核電機(jī)組增強(qiáng)深度調(diào)峰能力,加快發(fā)展新能源機(jī)組調(diào)頻技術(shù)和大規(guī)模電池儲(chǔ)能技術(shù),。無功調(diào)節(jié)方面,重點(diǎn)利用調(diào)相機(jī),、FACTS、柔性直流,、儲(chǔ)能等動(dòng)態(tài)無功裝置建立主網(wǎng)虛擬無功電源群,。要加快發(fā)展精準(zhǔn)負(fù)荷控制技術(shù),支持電動(dòng)汽車、分布式電源,、微電網(wǎng)以及各類智能用電裝置參與系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)源一網(wǎng)一荷一儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng),。 四是新能源友好并網(wǎng)。在新一代電力系統(tǒng)中,新能源機(jī)組應(yīng)當(dāng)朝著更高效,、更友好,、更經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。一方面要加快發(fā)展大容量風(fēng)機(jī),、更高轉(zhuǎn)化效率的光伏發(fā)電,。另一方面,大力提升新能源機(jī)組涉網(wǎng)性能,使其逐步接近常規(guī)機(jī)組,重點(diǎn)要提高新能源機(jī)組的頻率、電壓耐受能力,加快發(fā)展虛擬同步機(jī)技術(shù),主動(dòng)支撐電網(wǎng)頻率,、電壓穩(wěn)定,。同時(shí),要大力發(fā)展高精度電力氣象預(yù)測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)新能源電站集群控制,推進(jìn)電網(wǎng)友好型風(fēng)電場(chǎng)和太陽能電站建設(shè),。 五是基礎(chǔ)理論和新一代仿真?；A(chǔ)理論方面,,重點(diǎn)要研究電力電子化系統(tǒng),、交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定基礎(chǔ)理論。在新一代仿真方面,隨著能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的深入推進(jìn),系統(tǒng)仿真的領(lǐng)域要從電力領(lǐng)域向能源領(lǐng)域拓展,仿真的方法從電磁暫態(tài)+機(jī)電暫態(tài)仿真向電磁暫態(tài)+小步長(zhǎng)仿真轉(zhuǎn)變,建設(shè)更高精度,、更快速度,、更強(qiáng)功能的仿真平臺(tái)。 推動(dòng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型是世界各國(guó)普遍選擇,“再電氣化+新一代電力系統(tǒng)”是轉(zhuǎn)型的重要路徑,。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司愿意與國(guó)內(nèi)外同行加強(qiáng)技術(shù)交流與合作,共同解決構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)面臨的各種難題,為全球能源轉(zhuǎn)型,、促進(jìn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。 |
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