本发明公开了一种热泵梯级供热机组最佳运行方式的在线确定系统及方法，采用现场运行数据，以定供热负荷和供电负荷条件下的耗煤量最低为寻优目标函数，采用单变量对比法，依次调整机组运行背压和中排抽汽至热泵的蒸汽压力，将机组标煤消耗量与基准工况比较，若大于，则原基准工况仍作为基准工况；若小于，将该参数对应运行工况作为新的对比基准工况，继续调整机组运行背压和中排抽汽至热泵的蒸汽压力，进行下一次迭代寻优。本发明在满足电网和热网调度的前提下以标煤消耗最低为目标函数，在线获得热泵梯级供热机组在不同供热负荷、供电负荷、回水温度等边界条件下的运行背压和中排抽汽压力的最佳控制值，实现运行成本最低和盈利能力最大化。