本发明公开了一种发电机组灵活调峰系统及其运行方法，所述系统包括：发电机组热力系统；储热系统，与发电机组热力系统相耦合；储热系统适于在发电机组热力系统降负荷运行时对热能进行存储，并在发电机组热力系统升负荷运行时将热能进行释放；发电系统，与发电机组热力系统相耦合，适于在发电机组热力系统升负荷运行时，利用储热系统释放的热能直接发电，以提升所述发电机组热力系统变负荷速率。本发明在储热过程充分利用蒸汽与烟气侧余热，放热过程直接进行发电，可以在快速变负荷初期实现系统输出功率迅速变化，有效改善变负荷初期由于制粉系统迟延特性导致的功率不足，突破了机组大迟延特性对变负荷速率的限制，提高了机组的运行灵活性。