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为了深入地探索水轮机调节系统的非线性动力学特性，在小波动情况下考虑了水轮机调节系统的饱和非线性环节，建立了一个便于运用非线性分叉理论进行分析处理的微分方程组模型，利用该模型分析了PI型水轮机调节系统中的非线性动力学行为，得到系统存在Hopf分又的条件及其分叉方向，给出系统保持稳定时调节器参数之间应满足的关系，通过计算仿真了分叉点两侧系统稳定性的变化情况，验证了理论分析的结果，表明使分叉参数远离分叉点将有利于系统较快地收敛到平衡点。