Fault Ride Through bezeichnet die Fähigkeit einer Erzeugungsanlage, eines Speichers oder eines Umrichters, bei kurzzeitigen Netzfehlern nicht sofort vom Netz zu trennen, sondern für eine definierte Dauer am Netz zu bleiben und sich nach vorgegebenen Regeln zu verhalten. Im Deutschen wird dafür meist der Begriff Fehlerdurchfahrt verwendet. Gemeint ist vor allem das Verhalten bei Spannungseinbrüchen, Spannungserhöhungen oder anderen kurzzeitigen Störungen, die durch Kurzschlüsse, Schalthandlungen oder Fehler in Netzbetriebsmitteln entstehen können.
Die technische Beschreibung erfolgt meist über Spannungs-Zeit-Kennlinien. Sie legen fest, welche Spannung am Netzanschlusspunkt für welche Zeit noch durchfahren werden muss. Häufig wird die Spannung nicht in Volt angegeben, sondern in relativen Einheiten, zum Beispiel in Prozent der Nennspannung oder als p.u.-Wert, wobei 1,0 p.u. der Nennspannung entspricht. Ein Spannungseinbruch auf 0,2 p.u. bedeutet also, dass am betrachteten Punkt nur noch 20 Prozent der Nennspannung anliegen. Die zulässige Dauer solcher Zustände liegt oft im Bereich von Millisekunden bis wenigen Sekunden, abhängig von Spannungsebene, Netzanschlussregel und Anlagentyp.
Bei Spannungseinbrüchen spricht man häufig von Low Voltage Ride Through, kurz LVRT. Bei kurzzeitigen Überspannungen wird entsprechend High Voltage Ride Through oder HVRT verwendet. Beide Formen gehören zum übergeordneten Begriff Fault Ride Through. In der Praxis ist LVRT besonders bekannt geworden, weil viele Netzfehler zunächst als Spannungseinbruch an den umliegenden Netzanschlusspunkten sichtbar werden. Für das Stromsystem ist dabei nicht nur relevant, ob eine Anlage angeschlossen bleibt. Relevant ist auch, welchen Strom sie während des Fehlers einspeist, ob sie Blindleistung zur Spannungsstützung bereitstellt, wie sie ihre Wirkleistung reduziert oder wieder aufbaut und ob ihre Schutzfunktionen mit den Schutzkonzepten des Netzes zusammenpassen.
Fehlerdurchfahrt ist keine bloße Abschaltverzögerung
Eine häufige Verkürzung besteht darin, Fault Ride Through als Pflicht zum Dranbleiben zu verstehen. Das ist zu ungenau. Eine Anlage soll einen Fehler nicht passiv ertragen, sondern in einem definierten Bereich kontrolliert reagieren. Bei einem schweren Netzfehler kann die verfügbare Spannung so niedrig sein, dass keine normale Wirkleistungseinspeisung möglich ist. Umrichter begrenzen zudem ihren Strom, weil Halbleiterbauelemente nur für bestimmte Maximalströme ausgelegt sind. Die Steuerung muss deshalb entscheiden, wie der begrenzte Strom auf Wirkstrom und Blindstrom aufgeteilt wird. Netzanschlussregeln können verlangen, dass bei Spannungseinbrüchen vorrangig Blindstrom eingespeist wird, um die Spannung zu stützen.
Fault Ride Through bedeutet auch nicht, dass Schutztechnik außer Kraft gesetzt wird. Schutzsysteme sollen Anlagen, Betriebsmittel und Personen schützen. Wenn ein Fehler zu lange dauert, zu tief ist oder außerhalb der zulässigen Kennlinie liegt, muss die Anlage abschalten. Die Kunst liegt in der Koordination: Eine Anlage soll nicht bei jeder kurzzeitigen Störung auslösen, darf aber bei gefährlichen Zuständen nicht blind am Netz bleiben. Fehlerdurchfahrt ist damit ein Zusammenspiel aus Anlagenregelung, Schutzparametrierung, Netzanschlussbedingungen und Netzbetrieb.
Von der Inselnetzerkennung ist Fault Ride Through klar zu trennen. Eine Photovoltaikanlage am Niederspannungsnetz muss erkennen, wenn sie unbeabsichtigt einen abgetrennten Netzabschnitt weiter versorgen würde. Dann ist Abschaltung erforderlich, weil Spannung und Frequenz in einem solchen Inselnetz nicht zuverlässig kontrolliert wären und Arbeiten am Netz gefährlich werden könnten. Bei Fault Ride Through geht es dagegen um Fehler im weiterhin bestehenden Verbundnetz, bei denen ein koordiniertes Weiterverbinden erwünscht ist. Ebenfalls getrennt davon sind Schwarzstartfähigkeit, Frequenzstützung und Momentanreserve. Diese Funktionen können mit moderner Umrichtertechnik zusammenhängen, beschreiben aber andere Anforderungen.
Warum Fault Ride Through für ein erneuerbares Stromsystem wichtig ist
In einem Stromsystem mit wenigen großen synchronen Kraftwerken war das Fehlerverhalten stark durch die elektrischen Eigenschaften dieser Maschinen geprägt. Synchrongeneratoren liefern bei Kurzschlüssen hohe Fehlerströme, ihre elektromagnetische Kopplung an das Netz beeinflusst Spannung, Winkelstabilität und Schutzanregung. Auch diese Kraftwerke hatten Schutzsysteme und konnten sich bei Störungen trennen, aber ihr Verhalten war für Netzbetreiber über Jahrzehnte gut bekannt und in Schutzkonzepte eingebaut.
Windenergieanlagen, Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher sind häufig über Wechselrichter oder andere leistungselektronische Umrichter ans Netz gekoppelt. Diese Anlagen verhalten sich bei Fehlern nicht automatisch wie Synchrongeneratoren. Ihr Strom wird durch Regelalgorithmen, Messwerte, Softwareparameter und die thermische Belastbarkeit der Leistungselektronik bestimmt. Ohne klare Anforderungen könnten viele Anlagen bei einem Spannungseinbruch nahezu gleichzeitig abschalten. Aus einem lokalen Kurzschluss, der eigentlich durch Netzschutz selektiv abgeschaltet werden sollte, würde dann ein großräumiger Erzeugungsverlust. Dieser Erzeugungsverlust könnte Frequenz, Spannung und Leistungsflüsse so verändern, dass weitere Schutzfunktionen ansprechen.
Fehlerdurchfahrt ist deshalb ein Baustein der Netzstabilität. Sie verhindert nicht den ursprünglichen Fehler, begrenzt aber die Folgewirkungen. Wenn ein Kurzschluss nach wenigen Zehntelsekunden abgeschaltet ist, sollen die umliegenden Erzeugungsanlagen weiterhin für den Netzbetrieb verfügbar sein. Besonders relevant wird das bei hoher gleichzeitiger Einspeisung aus Windenergie und Photovoltaik. Dann tragen diese Anlagen einen großen Teil der aktuellen Erzeugung. Ihr Fehlverhalten ist keine Randfrage einzelner Anschlussnehmer mehr, sondern eine Eigenschaft des gesamten Stromsystems.
Anforderungen entstehen aus Netzanschlussregeln
Fault-Ride-Through-Anforderungen werden nicht frei von jedem Anlagenbetreiber gewählt. Sie stehen in Netzanschlussregeln, technischen Anschlussbedingungen, europäischen Netzkodizes und nationalen Anwendungsregeln. In Europa ist der Network Code Requirements for Generators, kurz RfG, ein wichtiger Rahmen. In Deutschland konkretisieren unter anderem VDE-Anwendungsregeln die Anforderungen je nach Spannungsebene. Für Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz gelten andere Details als für Anlagen am Hoch- oder Höchstspannungsnetz.
Diese Regeln beschreiben typischerweise, innerhalb welcher Spannungs-Zeit-Fläche eine Anlage verbunden bleiben muss. Zusätzlich können sie Vorgaben zur Blindstromeinspeisung, zur Wiederaufnahme der Wirkleistung nach Fehlerende, zur Spannungsregelung und zur Kommunikation mit dem Netzbetreiber enthalten. Bei größeren Anlagen kommen Nachweise durch Zertifikate, Modelle, Simulationen und Inbetriebsetzungsprüfungen hinzu. Fault Ride Through ist damit auch ein institutioneller Begriff: Er verbindet physikalisches Verhalten mit formalen Anschlussanforderungen und Verantwortlichkeiten.
Für den Netzbetreiber ist diese Verbindlichkeit notwendig, weil er sein Netz nicht nur für den Normalbetrieb auslegt. Schutzkonzepte müssen wissen, wie sich angeschlossene Anlagen bei Kurzschlüssen verhalten. Spannungsstabilität hängt davon ab, ob Blindleistung verfügbar ist. Die Wiederkehr der Wirkleistung nach einem Fehler darf keine neuen Sprünge erzeugen, die Leitungen oder Transformatoren überlasten. Aus den technischen Vorgaben entstehen deshalb wirtschaftliche Anforderungen an Anlagenhersteller, Projektierer und Betreiber. Umrichter müssen leistungsfähig genug sein, Regelungen müssen zertifiziert werden, und Anlagen können nicht allein nach maximalem Energieertrag optimiert werden.
Typische Missverständnisse
Ein verbreitetes Missverständnis setzt Fault Ride Through mit höherer Versorgungssicherheit gleich, als wäre die Funktion allein ausreichend, um Störungen folgenlos zu machen. Fehlerdurchfahrt reduziert das Risiko kaskadierender Abschaltungen, sie ersetzt aber keine Netzverstärkung, keine passende Schutzkoordination und keine ausreichenden Betriebsmittelreserven. Wenn ein Netzabschnitt strukturell schwach ist, wenn Spannungshaltung an vielen Stunden knapp wird oder wenn Schutzgeräte nicht auf das tatsächliche Fehlerstromverhalten umrichtergekoppelter Anlagen abgestimmt sind, löst Fault Ride Through diese Aufgaben nicht automatisch.
Ein zweites Missverständnis betrifft die Rolle der Wirkleistung. Bei einem tiefen Spannungseinbruch kann eine Anlage nicht einfach ihre normale Leistung weiter übertragen. Elektrische Leistung ergibt sich aus Spannung, Strom und Phasenlage. Wenn die Spannung stark sinkt und der Strom begrenzt bleibt, sinkt auch die übertragbare Wirkleistung. Die Anforderung kann daher lauten, während des Fehlers vor allem Blindstrom zu liefern und nach Fehlerklärung die Wirkleistung geordnet wieder zu erhöhen. Wer Fehlerdurchfahrt nur als unterbrechungsfreie Energieeinspeisung beschreibt, übersieht diese technische Grenze.
Ein drittes Missverständnis entsteht bei der Bewertung von Wechselrichtern. Leistungselektronik wird manchmal pauschal als instabil oder schwach beschrieben, weil sie nicht die gleichen Kurzschlussströme wie Synchrongeneratoren liefert. Tatsächlich ist ihr Verhalten weniger durch Maschinenphysik vorgegeben und stärker durch Regelung und Anforderungen gestaltbar. Das kann vorteilhaft sein, wenn die Regeln präzise sind und die Anlagenmodelle stimmen. Es kann problematisch werden, wenn viele Geräte ähnlich parametriert sind, Messungen unter Fehlerbedingungen unsicher werden oder Regelungen miteinander wechselwirken. Die Frage lautet dann nicht, ob Umrichter grundsätzlich geeignet sind, sondern welche Netzfunktionen sie in welcher Qualität nachweisbar bereitstellen.
Abgrenzung zu benachbarten Begriffen
Fault Ride Through ist eng mit Spannungshaltung verbunden, aber nicht dasselbe. Spannungshaltung beschreibt den laufenden Betrieb innerhalb zulässiger Spannungsbänder und die Bereitstellung von Blindleistung oder anderen Maßnahmen zur Stabilisierung der Spannung. Fehlerdurchfahrt beschreibt das Verhalten während kurzzeitiger außergewöhnlicher Störungen und unmittelbar danach.
Auch zur Frequenzhaltung besteht ein Zusammenhang, aber die technische Ebene ist eine andere. Frequenzprobleme entstehen vor allem aus einem Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch im gesamten Synchrongebiet. Spannungseinbrüche sind stärker lokal oder regional geprägt und hängen von Netzimpedanzen, Kurzschlussleistung und Blindleistungsflüssen ab. Eine Anlage kann gute Frequenzstützung bieten und dennoch unzureichende Fault-Ride-Through-Eigenschaften haben, oder umgekehrt.
Von Versorgungssicherheit ist der Begriff ebenfalls abzugrenzen. Versorgungssicherheit umfasst die Fähigkeit, Verbraucher dauerhaft zuverlässig mit Strom zu versorgen, einschließlich Erzeugungsadäquanz, Netzbetrieb, Reserven, Krisenvorsorge und Wiederaufbau nach Störungen. Fault Ride Through ist ein technischer Teilaspekt innerhalb dieses größeren Zusammenhangs. Er macht sichtbar, wie stark Versorgungssicherheit von kurzen dynamischen Vorgängen abhängen kann, die in Jahresenergiemengen oder installierten Leistungen nicht erkennbar sind.
Fault Ride Through beschreibt damit keine Komfortfunktion einzelner Anlagen, sondern eine Mindestanforderung an ihr Verhalten im Verbundnetz. Der Begriff lenkt den Blick auf die Sekundenbruchteile, in denen Schutztechnik, Umrichterregelung und Netzanschlussregeln zusammenwirken müssen. Eine Anlage ist im Stromsystem nicht schon deshalb systemverträglich, weil sie Energie erzeugt. Sie muss auch bei Fehlern so reagieren, dass ein begrenzter Netzfehler begrenzt bleibt.