統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)：是一種功能強大、性能優(yōu)越的新一代柔性交流輸電(FACTS)裝置，也是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，綜合了多種靈活控制手段，具備無功補償、電壓調節(jié)、串聯(lián)補償和移相等能力，可以同時并非常快速的獨立控制輸電線路的有功功率和無功功率。UPFC可以控制線路的潮流分布，有效地提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
當前電網(wǎng)中普遍存在潮流分布不合理、運行欠靈活等問題，影響電網(wǎng)輸電能力，迫切需要采用一種新的技術手段對系統(tǒng)電壓和潮流進行靈活動態(tài)的調節(jié)，提高電網(wǎng)駕馭能力。“統(tǒng)一潮流控制器(簡稱‘UPFC’)能夠有效解決這一系列問題，該技術是柔性交流輸電技術(FACTS)的制高點，它能對電網(wǎng)進行綜合智能控制。”南瑞繼保電氣研究院副院長沈全榮表示。
4月25日，我國UPFC工程化應用攻克了關鍵節(jié)點，由中國電機工程學會組織專家對南瑞繼保承擔的“PCS-8200統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)”項目進行了鑒定。與會專家一致認為：該項目緊密結合國內電網(wǎng)實際需求，項目單位掌握了UPFC成套技術，研制了UPFC關鍵核心設備，開發(fā)并建設了全面的試驗驗證系統(tǒng)，具備了UPFC系統(tǒng)研究、核心裝備制造、試驗驗證和工程整體實施能力。關鍵技術及設備具有完全自主知識產(chǎn)權，填補了行業(yè)空白，滿足工程實施需要，達到國際領先水平。
UPFC取得多項技術創(chuàng)新
南瑞繼保近年在柔性交、直流輸電領域取得了豐碩的成果，其中，世界上容量最大、電壓等級最高的SVC和可控高抗以及世界首個五端柔性直流輸電工程相繼成功投運，UPFC是上述柔性交直流高端裝備技術之后的又一重大技術突破。
目前世界上現(xiàn)有三套UPFC工程，均采用GTO器件串聯(lián)、低電平換流橋、變壓器多重化拓撲構成，這種換流閥技術存在損耗大、結構復雜、成本高、可靠性低、可維護性差，上述技術瓶頸阻礙了UPFC的應用。
技術突破的核心，不是簡單的功能疊加或性能改進，而在于創(chuàng)新地對已知問題作出具有突破性的解決方案。雖然南瑞繼保已經(jīng)具備了柔性交、直流輸電技術的豐富經(jīng)驗，但是要為柔性交流輸電技術最高端的UPFC作技術創(chuàng)新，同時首次采用模塊化多電平換流閥等多項技術 (MMC技術)，并非易事。
“我們從2011年就開始進行研究和技術攻關，UPFC系統(tǒng)非常復雜，從一次到二次設備，從控制到運行處理，從故障到過電壓等，整體涵蓋的范圍廣，涉及內容眾多，需要系統(tǒng)性的考慮和解決。特別在UPFC數(shù)字仿真建模、主回路拓撲結構優(yōu)化、雙回線路UPFC控制策略研究、接入系統(tǒng)分析、核心裝備研制等方面取得了突破。我們創(chuàng)新性地提出了三個換流閥互為備用的系統(tǒng)結構，可以實現(xiàn)多種運行方式，具有很好的靈活性、可靠性和經(jīng)濟性。”沈全榮說。
PCS-8200統(tǒng)一潮流控制器在成套裝置和設計方面，還實現(xiàn)了雙環(huán)線路功率解耦控制策略和多換流器協(xié)調控制策略;提出了UPFC系統(tǒng)的整體保護配置方案;研制了高安全裕度、低損耗和高可靠性的模塊化多電平換流閥;研制了結構緊湊、耐受沖擊電流大的TBS閥組，能夠有效地保護串聯(lián)變壓器和換流閥組。
UPFC技術可帶來多重效益
在國內UPFC成套技術尚屬于空白的情況下，投入巨大的人力物力攻克UPFC關鍵技術，出于怎樣的考慮?沈全榮表示：“首先是電網(wǎng)的需求，某些區(qū)域電網(wǎng)在規(guī)劃中,發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行中有一些以往技術手段解決不了的潮流問題，潮流分配不均，有些線路潮流過重，這種情況下只能增加線路分流，但是由于輸電走廊有限，尤其是居民居住地區(qū)，用地有限，很難再新建一條電纜通道增加線路輸電能力，而且投資大。UPFC可以解決上述問題。其次是基于我們柔性直流輸電等電力電子技術已經(jīng)成熟，且有舟山五端柔直工程的成功應用作為技術支撐。”
目前國內大中型城市電網(wǎng)，其出線走廊很少，如果要增加線路，可能需要開挖電纜隧道。沈全榮進一步介紹，新建一條大約10千米的220千伏電纜隧道耗資約十億元。若給雙回線路直接安裝潮流控制器，總投資則只需要約2億元，相當于電纜隧道耗資的五分之一;另外UPFC技術具有杠桿撬動作用，注入一定向量的電壓，可以撬動電網(wǎng)潮流的分布，具有3~5倍的潮流放大效應。綜合經(jīng)濟效益顯著。
隨著特高壓交直流電網(wǎng)的快速發(fā)展，形成了特高壓、500千伏和220千伏的三級電磁環(huán)網(wǎng)，電網(wǎng)的潮流分布日趨復雜，而采用UPFC技術，既能在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)方面實現(xiàn)潮流優(yōu)化調節(jié)，合理控制有功功率、無功功率，最大限度提高線路的輸送能力，實現(xiàn)優(yōu)化運行，又能在動態(tài)方面，通過快速無功吞吐，動態(tài)地支撐接入點的電壓，提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。據(jù)了解，在長三角、西北等大部分區(qū)域電網(wǎng)均有進行潮流優(yōu)化的迫切需求，因此UPFC應用前景非常廣闊。這項技術解決了城市建設中電網(wǎng)潮流分配的根本性問題，是電力電子領域技術發(fā)展的革命性突破，具有里程碑意義。