近年来国内外电网发生了多起超低频振荡事件，相关研究发现，超低频振荡发生的主要原因是由于水轮机调速系统在超低频段呈现明显的负阻尼。为此，在建立单机系统模型的基础上，对单机系统闭环传递函数特征方程的分析表明在比例参数与积分参数比值过小时，会发生超低频振荡；进而，对水轮机调速器阻尼特性分析进一步说明比例参数与积分参数的比值过小会引起阻尼转矩系数过小，造成调速系统向系统提供负阻尼，而引发超低频振荡。从而从机理上解释了引发超低频振荡的内在原因。接着，针对单机系统，提出一种基于水轮机调速系统控制参数的最优PID参数整定方法，此方法在抑制超低频振荡的同时,兼备调速系统的调节性能，并且，通过与粒子群算法的对比，表明了此优化方法的有效性和优越性。最后，在四机两区系统中验证了所优化调速系统PID参数增加系统正阻尼以抑制超低频振荡的有效性。