本发明公开了一种基于NSGA‑Ⅲ和TOPSIS的水轮机调速器PID参数优化方法，包括：S1、获取水电精细化水轮机调节系统模型；S2、选取所述水电精细化水轮机调节系统模型中增负荷以及减负荷时的转速超调量及转速稳定时间为目标函数，利用NSGA‑Ⅲ优化算法进行优化，得到Pareto解集；S3、将水力波动指标和功率波动指标利用TOPSIS决策方法，对满足转速特性最优的所述Pareto解集进行进一步决策，筛选出水力波动以及功率波动同样良好的PID参数。通过得到使水力波动，功率波动以及频率波动特性最优的PID参数，最终得到综合调节特性最优的PID参数，对水电站的安全稳定运行以及保证电网安全有着重要意义。可以有效提升水轮机调节系统的综合调节特性，有助于水力发电系统的安全稳定运行。