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2023-02-28T21:46:18Z

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Ein '''Unified-Power-Flow-Controller''', abgekürzt '''UPFC''' (zu deutsch: '''Vereinheitlichter Leistungsflussregler''') bezeichnet in der [[elektrische Energietechnik|elektrischen Energietechnik]] eine Komponente, die dazu dient, in überregionalen und [[Maschennetz (Stromversorgung)|vermaschten]] [[Stromnetz]]en die übertragene [[elektrische Leistung]] in einzelnen Leitungen wie [[Freileitung]]en gezielt steuern und beeinflussen zu können. Mit UPFC können so in vermaschten Netzen gezielt bestimmte, vertraglich vereinbarte Leistungsdurchleitungen erfüllt werden.<ref name="stab" />

Der Anwendungsbereich ist auf die mit [[Dreiphasenwechselstrom]] betriebene [[Hochspannung]]sebene elektrischer Verbundnetze wie dem in Europa üblichen Spannungsebenen mit 380 [[Volt|kV]] und 220 kV ausgerichtet und bedient sich zur Steuerung einer [[Leistungselektronik]], welche ähnlich der [[Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung]] (HGÜ) realisiert ist. Im Gegensatz zur HGÜ dient die Leistungselektronik nicht direkt der Energieübertragung mittels Gleichstrom, sondern der Beeinflussung und Modulierung der auf der Wechselstromseite transportierten Leistungen. Der Unified-Power-Flow-Controller zählt im Bereich der Leistungselektronik zu den flexiblen Drehstrom-Übertragungssystemen (engl. [[Flexible-AC-Transmission-System]] (FACTS)).

== Funktion ==
[[Datei:Unified-Power-Flow-Controller.svg|miniatur|280px|Prinzipschaltung eines Vereinheitlichten Leistungsflussreglers (UPFC)]]
Ein UPFC besteht, ähnlich wie ein [[Phasenschiebertransformator]] und wie in nebenstehender Abbildung schematisch für einen Außenleiter dargestellt, aus einem parallel geschalteten [[Leistungstransformator]] ''T''1 und einem Serientransformator ''T''2, der ähnlich wie ein [[Stromwandler]] realisiert ist. Die beiden Transformatoren sind über zwei Umrichter und einen [[Zwischenkreis|Gleichstromzwischenkreis]] verbunden. Die Hochspannungsleitung ist in [[Reihenschaltung|Reihe]] mit dem UPFC geschaltet, wobei es ohne Bedeutung ist, ob der UPFC am Anfang oder am Ende der Leitung angebracht ist. Für Dreiphasennetze ist eine entsprechende Erweiterung mit [[Dreiphasenwechselstrom-Transformator]]en nötig, wobei der Gleichstromkreis einheitlich ist.

Durch die zeitliche Ansteuerung, insbesondere über den [[Stromflusswinkel]] und über die [[Phasenlage]] der beiden Umrichter, kann mit dem UPFC der Leistungsfluss zwischen ''T''1 und ''T''2 und die komplexe Differenzspannung zwischen ''U''1 und ''U''2 gesteuert werden, wobei über den Gleichstromzwischenkreis grundsätzlich nur [[Wirkleistung]] übertragen werden kann. Es können folgende Steuerungen unabhängig voneinander vorgenommen werden:<ref name ="Dizdarevic" />

* Mit ''T''1 in Verbindung mit dem ersten Wechselrichter kann zur ''Querkompensation'' der [[Blindleistung]] sowohl induktive als auch kapazitive Blindleistung im Netz zur Verfügung gestellt werden. Dieser Schaltungsteil stellt einen [[Static Synchronous Compensator]] (STATCOM) dar. Dabei kann der UPFC sonst notwendige zusätzliche Einrichtungen zur [[Statischer Blindleistungskompensator|statischen Blindleistungskompensation]] (SVC) ersetzen.
* Mit ''T''2 in Verbindung mit dem zweiten Wechselrichter kann eine ''Längskompensation'' der Blindleistung erfolgen. Dies kann zur Beeinflussung der [[natürliche Leistung|natürlichen Leistung]] bzw. zur Anpassung der [[Leitungswellenwiderstand|Leitungsimpedanz]] der in Reihe geschalteten Leitung genutzt werden.
* Durch eine Wirkleistungsübertragung zwischen den beiden Transformatoren kann wie beim Phasenschiebertransformator gezielt ein bestimmter Wirkleistungsfluss in der Leitung erzwungen werden. Die Phasenwinkel können dabei genauer, schneller und in größeren Bereichen als bei Phasenschiebertransformatoren eingestellt werden.
* Bei Dreiphasenanwendung kann mittels UPFC bis zu einem gewissen Grad eine [[Schieflast]] durch asymmetrische Ansteuerungen der für die einzelnen Phasen zuständigen Wechselrichter erreicht werden, um so Schieflasten im Netz zu kompensieren. Der Leistungsausgleich zwischen den Phasen erfolgt über den gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis.

Der Nachteil ist die vergleichsweise aufwändige und kostenintensive HGÜ-Leistungselektronik der Wechselrichter und die notwendige Regelelektronik inklusive der rechnergestützten Kontrollebenen. Die Leistung der Wechselrichter liegt in der Größenordnung von 20 % der zur steuernden Leistungsflüsse, was für die Dimensionierung [[Scheinleistung]]en im Bereich von einigen 100 [[Voltampere|MVA]] ergibt. Die Gleichspannungen im Zwischenkreis liegen im Bereich einiger 10 kV. Konkrete Werte sind stark von der jeweiligen Anwendung bestimmt.

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name ="stab">{{Literatur
|Autor = H.V. Hitzeroth, D. Braisch, G. Herold, D. Povh
|Titel = Stabilität von Netzen mit UPFCs für Durchleitungen und Abschirmungen mittels elektronischen Zaun
|Verlag = Internationale Energiewirtschaftstagung (IWET), Konferenzband | Jahr = 1999 | Ort = Wien | Online = https://www.researchgate.net/profile/Gerhard-Herold/publication/260300237_Stabilitat_von_Netzen_mit_UPFCs_fur_Durchleitungen_und_Abschirmung_mittels_elektronischem_Zaun/links/02e7e535a56e716b00000000/Stabilitaet-von-Netzen-mit-UPFCs-fuer-Durchleitungen-und-Abschirmung-mittels-elektronischem-Zaun.pdf }}</ref>
<ref name ="Dizdarevic">{{Literatur
|Autor = Nijaz Dizdarević
|Titel = Unified Power Flow Controller in Alleviation of Voltage Stability Problem
|Verlag = Dissertation, University of Zagreb | Jahr = 2001 | Online = http://www.eihp.hr/~ndizdar/dissertation.pdf }}</ref>
</references>

== Weblinks ==
* [http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/physmod/powersys/ref/unifiedpowerflowcontrollerphasortype.html Unified Power Flow Controller], [[Simulink]]-Modell für MATLAB.

[[Kategorie:Leistungselektronik]]
[[Kategorie:Elektrische Energieverteilung]]

Unified-Power-Flow-Controller - Versionsgeschichte

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