城市供水管网的数据采集一直是一个难题,且智慧水务给供水管网的实时监测与控制提出了更高的要求。我们拟通过设计一个水流发电系统,解决低功耗设备的供电问题,同时通过电源管理实现冲击负载与长期低功耗设备的有效运行,提高系统整体的可靠性。有效解决传统的数据采集设备和工作设备需定期更换电池的难题,大大降低了维护成本,为大面积的使用和一些偏远地区和环境特殊的部署提供了方便。本文重点研究了100mm管径的水轮机满足输出功率和减小水头损失条件下,经计算和对比分析确定最优结构,且安装方便,不易损坏的多片式结构设计,并使用Solidworks建立了水轮机三维模型,在CFD软件中建立了流场模型,通过模拟仿真进行了结构优化;通过分析建立了负载的数学模型,并耦合了用水的时变性、负载变化的不确定性等因素,利用PSIM进行了管道水流发电机供电的电压变换器的MPPT控制策略进行仿真研究;通过选择合适的充电电池,达到系统的长期可用目的。为了延长电池使用寿命,通过引入控制算法,并进行了仿真分析,确保电池工作在合适的工作区间。首先介绍了发电系统的结构组成,分析了系统各个部分的工作原理;然后,使用了Solidworks软件对水轮机建立模型,基于流体力学基础,采用有限元分析软件ANSYS作为计算和分析的工具,设计出了符合既定目标的水轮机模型,遴选出与水轮机匹配的发电机,再使用PSIM软件对系统进行仿真研究,以达到最佳利用水流能为蓄电池和负载供电,最后对主电路进行了设计。