Catastrophic Failure of a Wind Turbine: Root Cause Analysis, Hardware Redesign, and Experimental Validation

Wind energy is a pivotal resource in the global transition toward sustainable power generation; however, the economic viability of wind installations heavily depends on maximizing turbine reliability, operational availability, and lifespan. Address ing the critical issue of machine safety and fault tolerance, this thesis investigates a real-world case study of a severe wind turbine failure. The core objective of the research is to analyze the root causes of the breakdown, optimize the control sys tem logic, and redesign the power conversion architecture to prevent future catas trophic events. By evaluating the fundamental aerodynamic principles, power regu lation strategies, and the original electrical schematics of the damaged unit, specific vulnerabilities within the control logic and conversion framework were identified. Consequently, a redesigned power conversion system is proposed, incorporating tar geted hardware modifications explicitly engineered to enhance safety and stability, particularly under emergency and grid-fault conditions. Finally, the proposed ar chitecture is subjected to a preliminary experimental validation through laboratory bench testing. The results demonstrate the feasibility of the modified architecture and provide an initial validation of its electrical and thermal behavior, while the comprehensive validation of the entire integrated safety system remains a subse quent phase of the project.

L’energia eolica rappresenta una risorsa fondamentale nella transizione globale verso la produzione di energia sostenibile; tuttavia, la validit`a economica degli impianti eolici dipende fortemente dalla massimizzazione dell’affidabilit`a, della disponi bilit`a operativa e della vita utile delle turbine. Affrontando il tema critico della sicurezza delle macchine e della tolleranza ai guasti, questa tesi analizza un caso di studio reale relativo al grave guasto di una turbina eolica. L’obiettivo principale della ricerca `e analizzare le cause alla radice del cedimento, ottimizzare la logica del sistema di controllo e riprogettare l’architettura di conversione dell’energia al fine di prevenire futuri eventi catastrofici. Attraverso lo studio dei principi aero dinamici fondamentali, delle strategie di regolazione della potenza e degli schemi elettrici originali dell’unit`a danneggiata, sono state individuate specifiche vulner abilit`a all’interno della logica di controllo e del sistema di conversione. Di con seguenza, viene proposto un sistema di conversione della potenza riprogettato, il quale integra modifiche hardware mirate, specificamente ingegnerizzate per miglio rare la sicurezza e la stabilit`a, in particolar modo in condizioni di emergenza e di guasto. Infine, l’architettura proposta `e stata sottoposta a una validazione sperimen tale preliminare attraverso test al banco prova in laboratorio. I risultati dimostrano la fattibilit`a dell’architettura modificata e forniscono una validazione iniziale del suo comportamento elettrico e termico, mentre la validazione completa dell’intero sistema di sicurezza integrato rimane una fase successiva del progetto.