CN108614168B - 发电场变流器全功率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电场变流器全功率测试方法。该方法包括：断开机侧断路器和网侧断路器，以断开变流器与发电机和电网的电气连接的步骤；将网侧断路器和网侧滤波器之间的三相母线短接的步骤；为发电场变流器的直流侧电容连接直流预充电装置的步骤；执行如下步骤(a)和/或(b)：(a)断开机侧交流熔断器以断开机侧变流器与网侧滤波器的电气连接，以及闭合网侧交流熔断器以进行发电场变流器的网侧全功率测试；(b)将机侧交流熔断器的发电机侧与网侧滤波器进行电气连接，断开网侧交流熔断器以断开网侧变流器与网侧滤波器的电气连接，闭合机侧交流熔断器以进行发电场变流器的机侧全功率测试。

Description

发电场变流器全功率测试方法

技术领域

本发明属于变流器技术领域，尤其涉及一种发电场变流器全功率测试方法。

背景技术

典型的发电场发电机组的工作过程是：发电机将自然能源转化为电能后，再通过变流器将发电机输出的电能转化为与电网电压幅值、频率和相位相匹配的能量形式，并稳定输送到电网，最终实现并网。在这个过程中，变流器是发电机组能否顺利并网发电的关键部件之一，变流器的性能指标会直接影响电网的电能质量；甚至如果变流器的指标达不到要求，会威胁到电网的安全。

例如在风力发电中，以直驱式风力发电机组为例，因其良好的电网和电机友好性能，出色的电网故障穿越能力，以及无齿轮箱传动等众多优点，在风力发电领域的应用日益广泛。

典型的直驱式风力发电机组的工作过程是：风能带动发电机桨叶转动，桨叶的动能由同步发电机转化为电能，通过变流器将发电机输出的电能转化为与电网电压幅值、频率和相位相匹配的能量形式，并稳定输送到电网，最终实现并网。在这个过程中，变流器是机组能否顺利并网发电的关键部件之一，变流器的性能指标会直接影响电网的电能质量；甚至如果变流器的指标达不到要求，会威胁到电网的安全。

因此，在风电机组正式上线并网发电之前，必须对其进行性能测试。测试包括变流器厂家的出厂测试，以及风电整机厂家在风场的现场测试。《GB T25387.2-2010风力发电机组全功率变流器第2部分：试验方法》规定了变流器性能测试的实验室模拟测试方法。但是试验台的测试环境不能全面模拟风场的各种工作条件，无法预见和如实反映变流器的现场使用性能，所以，试验台模拟测试之外，还必须进行现场测试。在现场测试中，风机出现故障，需要精确定位故障点和故障原因；现场工况与工厂的测试环境不同，如风场电网电压的波动、对称性、谐波含量等，也需要现场重新调试设定变流器性能参数；若能实现现场变流器现场全功率测试，则有条件确定所有变流器本身的故障和性能问题，并且能够在现场进行较为复杂的测试和改造工作，其为成本最低且最安全的现场变流器故障检测方案和调试方案。

图1是现有风电变流器环流全功率试验系统结构示意图。其中，风电变流器9主要由以下部分构成：网侧断路器1依次与网侧滤波器3、网侧交流熔断器4、网侧变流器5、直流侧电容6、机侧变流器7串联连接，机侧交流熔断器8与机侧变流器7串联连接。其中网侧断路器1用于控制风电变流器并网隔离变压器30的通断；网侧滤波器3用于风电变流器电流谐波的滤除，以保证电流的电能质量；网侧交流熔断器4用于在交流过流故障下保护变流器；网侧变流器5、直流侧电容6和机侧变流器7共同组成风电变流器的功率部分。一些较新型号的变流器还设置有与网侧断路器1并联的预充电电路2，预充电电路2用于在变流器启动前对风电直流侧电容电容6进行充电。

在环流试验中，将风电变流器的网侧断流器1与电网隔离变压器30通过电缆27相连接，机侧交流熔断器8与外接机侧电抗器22、机侧断路器24依次通过电缆21、23串联，并通过电缆25接入电网26。实验时，网侧断路器1和机侧断路器24都处于闭合状态，使得网侧变流器5和机侧变流器7都与电网或通过隔离变压器与电网相连接，机侧变流器7通过电网吸收有功能量，通过直流侧连接的机侧变流器5将有功能量回馈给电网，以达到变流器全功率运行的功能实现。

在现场运行测试时，要依照图1的实验室环流测试的系统结构搭建进行测试将遇到各种困难：(1)需要额外的实验场地；(2)隔离变压器和机侧电抗器、机侧断路器等，成本将非常高昂，且过多的电缆连接较为复杂和耗费工时；(3)实验设备过多，不便于移动运输和改造；(4)实验结束后需要拆除所有部件和电缆以进行下次实验，工作量大。

发明内容

本发明实施例提供了一种发电场变流器全功率测试方法，能够不依赖电网状态，且对电网无冲击，可短时间内反复多次进行变流器的全功率测试。

本发明实施例提供了一种发电场变流器全功率测试方法，包括：断开机侧断路器和网侧断路器，以断开发电场变流器与发电机和电网的电气连接的步骤；将网侧断路器和网侧滤波器之间的三相母线短接的步骤；为发电场变流器的直流侧电容连接直流预充电装置的步骤；执行如下步骤(a)和/或(b)：(a)断开机侧交流熔断器以断开机侧变流器与网侧滤波器的电气连接，以及闭合网侧交流熔断器以进行发电场变流器的网侧全功率测试；(b)将机侧交流熔断器的发电机侧与网侧滤波器进行电气连接，断开网侧交流熔断器以断开网侧变流器与网侧滤波器的电气连接，闭合机侧交流熔断器以进行发电场变流器的机侧全功率测试。

根据本发明实施例提供的发电场变流器全功率测试方法，通过在现有变流器的基础上提供一个不依赖电网电压供电的能够独立工作预充电装置；增加变流器断路器和网侧滤波器中间的三相母线短路结构以将网侧滤波器的电抗器网侧端口三相短接，为网侧和机侧全功率测试时电抗器电流提供回路；增加网侧和机侧电缆连接结构，以在现场测试时通过电缆将机侧变流器和网侧电抗器进行连接，使得在进行机侧变流器全功率测试时，为机侧变流器的电流流向其负载网侧电抗器提供电流通路；断开机侧或网侧的交流熔断器，实现网侧或机侧的全功率测试条件，不需要增加隔离变压器和机侧柜外电抗器和断流器等，实验成本低，没有过多的电缆连接从而测试程序简单和耗费工时少，同时由于不需要额外增加实验设备，还具有便于移动运输和现场改造的优点，测试结束后不需要拆除所有部件和电缆以进行下次实验，进而减少了工作量。通过该方法进行变流器的全功率检测，既不依赖电网也不依赖输入能源的情况，摆脱了现场工作外部环境的制约，具有更广泛的适应性。变流器的测试可以不依赖电网状态，且对电网无冲击，可短时间内反复多次进行变流器的功率实验；同样，变流器的启停也不依赖于发电机系统，故而不需要调动整个发电机机械和电控系统，无需依赖发电机系统达到启动变流器进行机侧及网侧的全功率测试条件，并且无需额外的实验场地，节省检测空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有风电变流器环流全功率试验系统结构示意图；

图2是本发明一种实施例的风电变流器现场测试连接结构示意图；

图3是本发明一种实施例的风电变流器测试方法在进行全功率测试时的系统结构示意图；

图4是本发明一种实施例的风电变流器测试方法的方法流程图；

图5是本发明一种实施例的风电变流器测试方法在进行网侧全功率测试时的电路原理图；

图6是本发明一种实施例的风电变流器测试方法在进行机侧全功率测试时的电路原理图。

图中：

1.网侧断路器；2.预充电电路；3.网侧滤波器；

3′.测试负载网侧电抗器；4.网侧交流熔断器；

5.网侧变流器；6.直流侧电容；7.机侧变流器；

8.机侧交流熔断器；9.风电变流器；

10.三相母线短路结构；11.直流预充电装置；

21.电缆；22.外接机侧电抗器；23.电缆；24.机侧断路器；

25.电缆；26.电网；27.电缆；28.机侧电缆连接结构；

29.网侧电缆连接结构；30.电网隔离变压器；40.风力发电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

继续以风力发电场景为例，图2是本发明一种实施例的风电变流器现场测试连接结构示意图，如果不采用图1的方式，而是利用风场现场的条件和连接，则风电变流器的一种一般的现场测试连接方式如图2所示。其中，不再使用外接机侧电抗器22，机侧交流熔断器8通过电缆23连接到发电机40。取消了连接电缆25，机侧变流器7不再从电网吸收有功能量，而是从发电机获得能量。由于风电变流器9将分别连接电网和发电机，其运行必须依据现场工况启动整个风电系统，因此很难有条件独立进行风电变流器的全功率运行以用来达到故障检测的目的。现有风电变流器缺少现场全功率电流测试功能和条件，只能采取现场带风机负载反复调试运行，调动整个风机系统来检测变流器的故障；这样将会对整个风机系统和电网有冲击，并且由于现场风速不确定，现场也未必能够保证达到满功率运行所需要的条件。而拆除后运输回厂家进行检测和维修，将面临工期长，成本高，现场风资源损失大的问题。

由于图1和图2示出了现有的变流器的全功率测试方法具有上述缺陷，为了解决上述技术问题，下面以风力发电场场景为例，对本发明实施例提供的一种发电场变流器全功率测试方法进行详细说明。

图3是本发明一种实施例的风电变流器测试方法在进行全功率测试时的系统结构示意图；图4是本发明一种实施例的风电变流器测试方法的方法流程图。如图3和图4所示，其中，该发电场变流器全功率测试方法，包括：S410，断开机侧断路器24和网侧断路器1，以断开发电场变流器9与发电机40和电网26的电气连接。需要说明的是，执行S410是为了确保风电变流器与电机和电网脱离，也可以理解为是为了保证在变流器全功率测试时，整个变流器系统9与电网和发电机没有电气连接，这样使得变流器系统成为一个独立的测试装置。S420，将网侧断路器1和网侧滤波器3之间的三相母线短接。需要说明的是三相母线短接是为网侧和机侧全功率测试时电抗器电流提供回路，三相母线短接后，变流器中的原有网侧滤波器3可被视为测试负载网侧电抗器3′为发电场变流器9的全功率测试提供条件。S430，为发电场变流器9的直流侧电容6连接直流预充电装置11。需要说明的是，该直流预充电装置11区别于现有的预充电电路2，不需要依赖电网的电能工作，该直流预充电装置11能够独立工作，不依赖电网电压供电。直流预充电装置11包括至少一个独立电源，并配置为可能够独立对直流侧电容6充电，并使直流侧电容6两端的电压维持预定电压值。执行S440a和/或S440b：S440a，断开机侧交流熔断器8以断开机侧变流器7与网侧滤波器3的电气连接，以及闭合网侧交流熔断器4以进行发电场变流器9的网侧全功率测试；S440b，将机侧交流熔断器8的发电机侧与网侧滤波器3进行电气连接，断开网侧交流熔断器4以断开网侧变流器5与网侧滤波器3的电气连接，闭合机侧交流熔断器8以进行发电场变流器9的机侧全功率测试。通过在现有变流器的基础上提供一个不依赖电网电压供电的能够独立工作预充电装置；增加变流器断路器和网侧滤波器3中间的三相母线短路结构10以将网侧滤波器3的电抗器网侧端口三相短接，为网侧和机侧全功率测试时电抗器电流提供回路；增加网侧和机侧电缆连接结构，以在现场测试时通过电缆将机侧变流器7和网侧电抗器进行连接，使得在进行机侧变流器7全功率测试时，为机侧变流器7的电流流向其负载网侧电抗器提供电流通路；断开机侧或网侧的交流熔断器，实现网侧或机侧的全功率测试条件，不需要增加隔离变压器和机侧柜外电抗器和断流器等，实验成本低，没有过多的电缆连接从而测试程序简单和耗费工时少，同时由于不需要额外增加实验设备，还具有便于移动运输和现场改造的优点，测试结束后不需要拆除所有部件和电缆以进行下次实验，进而减少了工作量。通过该方法进行变流器的全功率检测，既不依赖电网也不依赖输入能源的情况，摆脱了现场工作外部环境的制约，具有更广泛的适应性。变流器的测试可以不依赖电网状态，且对电网无冲击，可短时间内反复多次进行变流器的功率实验；同样，变流器的启停也不依赖于发电机系统，故而不需要调动整个发电机机械和电控系统，无需依赖发电机系统达到启动变流器进行机侧及网侧的全功率测试条件，并且无需额外的实验场地，节省检测空间。

根据一个实施例，该方法还可以包括分别在网侧断路器1与网侧滤波器3之间的三相母线上、网侧滤波器3与网侧交流熔断器4之间的三相母线上以及机侧断路器24与机侧交流熔断器8之间的三相母线上设置电缆连接结构。在一个示例中，该电缆连接结构可以由设置在三相母线的铜排上的电缆安装孔构成。在一个示例中，S420包括：将短路铜排跨接固定在电缆安装孔中。在一个示例中，在发电场变流器9的全功率测试时，可以将短路铜排同时跨接固定在三相铜排上，以达到短路的目的，此时该电缆连接结构被作为三相母线短路结构10用于将网侧交流滤波器3的电抗器网侧端口三相短接，为网侧和机侧全功率测试时测试负载网侧电抗器3′电流提供回路。在一个示例中，S440b包括：将电缆25的两端分别连接在网侧滤波器3与网侧交流熔断器4之间的三相母线上的电缆安装孔和机侧断路器24与机侧交流熔断器8之间的三相母线上的电缆安装孔中。需要说明的是，这里，电缆25的作用是将机侧变流器7和由于短路变为测试负载网侧电抗器3′的原有网侧滤波器3进行连接，使得在进行机侧变流器7全功率测试时，为机侧变流器7的电流流向其测试负载网侧电抗器3′提供电流通路。在一个示例中，在机侧断路器24和机侧交流熔断器8之间的连接线路上配置有机侧电缆连接结构28，在网侧交流熔断器4和网侧滤波器3之间的连接线路上配置有网侧电缆连接结构29，机侧电缆连接结构28与网侧电缆连接结构29之间电气连接。在一个示例中，该方法还包括上述的网侧交流熔断器4和机侧交流熔断器8可选用具有手动可拆卸功能的熔断器，便于对测试电路的现场改造。

根据一个实施例，S430，直流预充电装置11可以包括串联的独立电源、供电侧电路和整流侧电路，独立电源、供电侧电路与整流侧电路依次串联，供电侧电路和整流侧电路通过变压装置耦合。供电侧电路可以包括串联的供电开关和变压装置原边，整流侧电路包括串联的变压装置副边、可变电阻器和AC-DC整流装置，AC-DC整流装置的正负输出分别连接到直流侧电容6的两端。在一个示例中，独立电源、供电侧电路和整流侧电路可以以三相交流供电为例，另外，两相供电独立电源及相应的供电整流电路或者三相独立电源与其它的各种相应的供电侧电路或整流侧电路的组合亦可以用于实现独立直流预充电装置11的思想。例如，在中国专利申请号CN201420836236.4和CN201520070574.6的实用新型专利中，都提供了各种不同的直流预充电装置11的实施方式，这些方式经过简单的修改可用于实现本实施例的独立直流预充电装置11中的供电侧电路和/或整流侧电路。

图5是本发明一种实施例的风电变流器测试方法在进行网侧全功率测试时的电路原理图。如图5所示，通过上述风电变流器测试方法，使得在对网侧变流器5全功率测试时，机侧变流器7与网侧滤波器3能够电气隔离，被独立出来，机侧变流器7处于不工作状态，通过该方法形成的测试电路包含了直流侧电容6，网侧变流器5以及测试负载网侧电抗器3′(网侧滤波器3的一部分)，并且由电缆连接，测试负载网侧电抗器3′的一端连接网侧变流器5，另一端短接，形成电流回路，从而具备网侧变流器5全功率测试条件。

图6是本发明一种实施例的风电变流器测试方法在进行机侧全功率测试时的电路原理图。通过上述风电变流器测试方法，使得在机侧变流器7全功率测试时，网侧变流器5与网侧交流滤波器3电气隔离，使得机侧进行全功率测试时，网侧变流器5独立出来，处于不工作状态，通过该方法形成的测试电路包含了直流侧电容6，机侧变流器7以及测试负载网侧电抗器3′(网侧滤波器3的一部分)，并且由电缆连接，测试负载网侧电抗器3′的一端连接机侧变流器7，另一端短接，形成电流回路，从而具备机侧变流器7全功率测试条件。

以上网侧和机侧变流器的全功率测试中，由于独立直流预充电装置11中采用了单独的供电装置，因此变流器的测试可以不依赖电网状态，且对电网无冲击，可短时间内反复多次进行变流器的功率实验；同样，变流器的启停也不依赖于风力发电机系统和变桨系统的状态，故而不需要调动整个风机机械和电控系统，无需依赖风机系统达到启动变流器条件。从而，本发明的系统和方法使变流器的满功率试验既不依赖电网也不依赖风速，摆脱了现场工作外部环境的制约，具有更广泛的适应性。

根据本发明实施例发电场变流器全功率测试方法也可以应用于其他种类的能源发电场场景中，由于在气压种类能源发电场中对变流器进行全功率测试时与以上风电场变流器进行全功率测试的方法与步骤类似，为了简洁，在此不再赘述。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本发明实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

需要明确，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些端口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种发电场变流器全功率测试方法，其特征在于，包括：

断开机侧断路器（24）和网侧断路器（1），以断开所述发电场变流器（9）与发电机（40）和电网（26）的电气连接；

将网侧断路器（1）和网侧滤波器（3）之间的三相母线短接；

为所述发电场变流器（9）的直流侧电容（6）连接直流预充电装置（11）；

所述网侧滤波器（3）与网侧交流熔断器（4）之间的三相母线以及所述机侧断路器（24）与机侧交流熔断器（8）之间的三相母线短接；

执行如下步骤（a）和/或（b）：

（a）断开机侧交流熔断器（8）以断开机侧变流器（7）与网侧滤波器（3）的电气连接，以及闭合网侧交流熔断器（4）以进行所述发电场变流器（9）的网侧全功率测试；

（b）将所述机侧交流熔断器（8）的发电机侧与所述网侧滤波器（3）进行电气连接，断开网侧交流熔断器（4）以断开网侧变流器（5）与网侧滤波器（3）的电气连接，闭合机侧交流熔断器（8）以进行所述发电场变流器（9）的机侧全功率测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流预充电装置（11）包括至少一个独立电源，并配置为可能够独立对直流侧电容（6）充电并使所述直流侧电容（6）两端的电压维持预定电压值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述直流预充电装置（11）包括串联连接的独立电源、供电侧电路和整流侧电路，所述独立电源、供电侧电路与整流侧电路依次串联，所述供电侧电路和整流侧电路通过变压装置耦合。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述供电侧电路包括串联连接的供电开关和变压装置原边。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述整流侧电路包括串联连接的变压装置副边、可变电阻器和整流装置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相母线通过电缆连接结构短接，所述电缆连接结构由设置在所述三相母线的铜排上的电缆安装孔构成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将网侧断路器（1）和网侧滤波器（3）之间的三相母线短接的步骤包括：将短路铜排跨接固定在所述电缆安装孔中。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述机侧交流熔断器（8）的发电机侧与所述网侧滤波器（3）进行电气连接的步骤包括：将电缆（25）的两端分别连接在所述网侧滤波器（3）与所述网侧交流熔断器（4）之间的三相母线上的电缆安装孔和所述机侧断路器（24）与所述机侧交流熔断器（8）之间的三相母线上的电缆安装孔中。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网侧交流熔断器（4）和所述机侧交流熔断器（8）为具有手动可拆卸功能的熔断器。

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