典型的UPFC装置结构如下图所示，由两个背靠背、共用直流母线的电压源换流器构成。其中，换流器1、换流器2对应的换流变压器分别以并联、串联形式接入，有功功率可以在两个换流器之间双向流动，每个换流器的交流输出端都可独立地发出或吸收无功功率。
图中，换流器2的功能是通过串联变压器给线路注入幅值和相角均可控的电压向量。通过调整注入电压的幅值、相位，能够实现电压调节、阻抗调节、相角调节等多种功能，可以对线路有功和无功潮流进行独立解耦控制。
换流器1的功能是通过公共直流母线提供或吸收换流器2进行潮流控制时与系统交换的有功功率，以维持直流母线电压恒定，保证换流器2正常工作，同时换流器1还能发出或吸收无功，发挥动态无功补偿功能。
从结构上看，UPFC是将静止同步串联补偿器（static synchronous series compensator, SSSC）作为串联电压源、静止同步补偿器（static synchronous compensator, STATCOM）作为并联电流源集成到一起而形成的潮流控制器，但其功能较SCCC、STATCOM更为强大。
其关键在于两者具有公共的直流母线，从而可以实现SCCC与STATCOM间的有功功率交换。UPFC中的SCCC可向系统注入任意幅值和相位的电压，从而实现了线路端电压控制、线路电抗控制、相角控制、自动潮流控制等功能。