時間：2020-07-10 來源：國能日新
2020年6月21日，夏至當天，我國境內發生了21世紀以來一次最大、最接近日全食的日環食現象。日食過程中由于太陽光被月球遮擋，部分地方光照輻射強度減弱，直接影響了光伏電站出力和電力系統的安全運行。
本次日食概況
本次日食是本世紀以來對我國光伏電站出力影響最大的一次自然事件，持續時間為4小時35分鐘，西藏、四川、重慶、貴州、湖南、江西、福建、臺灣的部分縣市可以看到“日環食”，其他范圍城市則可以看到不同程度的“日偏食”。
各個地區對應的開始結束時間如下表所示：
表1 2020年6月21日中國各地區日食情況 （圖片來源：科學縱橫）
由表1可以看出，我國南部大部分地區的太陽遮擋率可以達到70%以上，廈門更是高達99.3%，北方有些地區也達到50%以上的遮擋。
日食對電網和電站的影響
對電網的影響
在天氣晴朗時，日食期間陽光消失，光伏發電出力會陡然下降；而當日食結束時，陽光重現，大量光伏電力又會瞬時涌入電網。這個波動比正常日出日落要劇烈得多，給電網造成嚴重沖擊，影響電網安全，預防不好可能造成電網安全事故。
而本次日食對我國各地都有影響，尤其對西南電網（覆蓋四川、重慶、西藏）的影響較大。日食期間西南電網全網光伏出力最低達24.7萬千瓦，僅占到日食前（149.9萬千瓦）的16.5%左右。我國電網經受了光伏出力劇烈波動帶來的嚴峻考驗。
為了保證日食當天所服務的光伏電站功率預測的精準度，國能日新功率預測技術工程師們很早就開展了分析研究工作，根據日食期間的天氣情況，深入分析所服務范圍內的光伏電站出力波動，評估其對電網的影響程度以及出力最低點對電網的影響，并利用精準的功率預測來輔助電網調度機構做日前發電計劃，幫助電網提高了故障應對能力，有效減少了事故出現的概率。
其實，日食影響電網的事件并不在少數。在本世紀影響最大的一次當屬2015年3月20日發生在德國的一次日食事件。當時，作為歐洲最大的光伏發電國家，德國電網在日食期間運行平穩，系統電壓、頻率等指標均在正常范圍內波動。據了解，德國電網順利應對日食的考驗得益于電網調度機構較為準確的光伏發電功率預測及基于預測的日前發電計劃。顯而易見，日食期間精準的功率預測非常重要。
對電站的影響
研究表明，當天氣晴朗時，日食對光伏電站發電出力影響較為明顯；陰天時則影響較小。從實際例子來看，日食對光伏電站的發電量影響較大。
2015年3月20日，整個北半球日食景觀引發德國電網危機，導致德國驟然失去約70%的光伏電力，光伏電站損失數小時的發電量。
2016年3月9日，印度尼西亞在內的東南亞和太平洋地區發生了日全食，導致當地光伏電站被厚厚的云層覆蓋，造成發電損失。
2017年8月21日，日食阻礙了美國部分地區光伏電站的正常運行。據統計，受影響的光伏電站有2175萬千瓦，光伏發電出力大大減少。
當然，日食期間的光伏電站發電量損失我們無法控制，但在“兩個細則”考核越來越嚴格的情況下，精準的功率預測能夠大大減少電站考核，保障電站收益。
國能日新對本次日食期間光伏實際出力分析
對日食期間光伏電站的功率進行預測，不僅要知道日食發生的具體時間，而且要考慮當地當時的陰晴變化，因此要比正常天氣預測復雜得多。本次日食，國能日新結合多種相似天氣下的歷史數據，憑借多年預測經驗、專業的預測能力和技術對光伏電站進行精準建模和預測。
下面我們分別選取南北兩個省份（四川、河北）的光伏電站，分析在當時的天氣條件下這兩個光伏電站的出力情況。
四川省某30MW光伏電站
本次四川省出現了日環食，受日食影響的地區太陽遮擋率達到了70%以上，該電站當時的天氣為晴轉多云。從圖1可以看到，日食發生時段內，光伏出力明顯低于歷史相似日的出力，在15:45時達到最低，僅為1.7MW，而在歷史相似日該時刻實際出力為15.7 MW，相差14MW，僅占到了正常出力的10.8%。
圖1中藍色曲線為當天的實際功率，黃色曲線為當天的預測功率，由于當地為晴轉多云天氣，因此實際功率稍有波動，不考慮多云的因素，當天的功率預測曲線與實際功率基本一致。
圖1 四川省某30MW光伏電站日食期間實際功率與預測功率對比
河北省某50MW光伏電站
本次河北省受日食影響的地區太陽遮擋率達到了50%以上，出現了日偏食，該電站當時的天氣為晴天。從圖2可看出，日食發生時段內，該電站光伏出力低于歷史相似日出力，最低為8.9MW，約為歷史相似日該時刻實際出力（19MW）的46%左右。日食發生全部時段為14：28-16：54，該時段內該電站實際發電量約為44.1MWh，歷史相似日實際發電量為62.2MWh，日食發生時段發電量僅為歷史相似日相同時段的70.9%。當天的功率預測曲線與實測曲線基本一致。
圖2 河北省某50MW光伏電站日食期間實際功率與預測功率對比
從一南一北兩個省份的曲線對比來看，四川省的遮擋面積較大，對光伏出力的影響較大。相比四川省，河北省的遮擋面積稍小，但最低時刻的出力也下降到了正常出力的一半以下。數據表明，國能日新的功率預測經受住了本次日食的考驗，體現了精準的預測能力和技術水平，有效保障了電網、電站安全平穩運行。
極端天氣預防建議
不僅僅是日食，冰雹、暴雨、暴雪、大風等極端天氣同樣會對電網和光伏電站造成沖擊，因此，成功的經驗為以后類似天氣的應對起到了很好的借鑒意義。為此，國能日新功率預測專家有如下建議：
提升光伏功率預測精度。精準預測日食期間光伏電站發電出力波動，是電網調度機構做日前發電計劃和應對預案的基礎，是降低日食等極端天氣對電網和電站造成損失的必備條件。因此，應加強光伏發電功率預測技術研究，進一步提升預測精度。
提前制定合理的發電和備用電源計劃。為了將日食等極端天氣對電網的不利影響降到最低，電網調度機構應提前制定精準的新能源發電計劃和常規電源發電計劃。而且，為了更好地應對異常情況發生，可提升備用電源調節的靈活性，以此來減少對電網的損失程度。
通過市場機制增強電網靈活調節能力。發電波動大時，峰谷差也隨之變大，通過電價調節、需求側響應及輔助服務補償等機制，能增加電網調節的靈活性。
隨著太陽能、風能等新能源發電的不斷增長，未來將是含高比例可再生能源電力系統的運行常態，電網在電力生產過程中要實時調整好新能源出力。不斷持續深入研究來提升功率預測的精準度，對于在極端天氣下的電網安全非常重要，并能夠減少由此給電站帶來的考核損失。而且，對于日食等極端天氣對電網和電站的影響，未來需要采取更為靈活性的應對措施，如儲能、電力交易等的推廣。
