本发明公开了一种多热源梯级加热的灵活高效燃煤发电系统及运行方法，该系统包括燃煤发电系统和与其耦合的熔盐储热系统；储热时，在保证锅炉最低稳燃负荷条件下，将燃煤发电系统的部分再热蒸汽分流至熔盐储热系统，利用再热蒸汽潜热段的热量加热低温熔盐罐的熔盐，加热后的熔盐一部分存贮于中温熔盐罐，另一部分熔盐则分别通过再热蒸汽显热段的热量和电加热器进一步提高其温度后存贮于高温熔盐罐，通过多热源之间合理匹配，不仅提高了燃煤机组的深度调峰能力，还提高了熔盐储热系统的热经济性；释热时，在不增加锅炉负荷的条件下，将燃煤发电系统的部分凝结水分流至熔盐储热系统进行加热，迅速增加汽轮机内的蒸汽通流量，提高了燃煤发电系统的变负荷速率。