本发明公开了一种波动功率输入下的质子交换膜电解水制氢系统及方法；其中，本发明在气水分离子系统中增加了多级稳压调控子系统，并优化了热量综合管理子系统的结构；在氧分离器中增设加热器，采用变频循环水泵及其上增设旁路调节阀的方式为电解槽补水。本发明通过多级稳压调控子系统中的第一、第二、第三出口管路联合作用实现了氢气压力多级调控；本发明通过热量综合管理子系统在保持电解槽运行温度恒定的情况下实现了更多热量的有效回收，并可在电解槽低功率运行时对其进行加热；通过氧分离器中设置加热器的方式实现了快速启动；本发明通过各个结构之间的相互配合，可达到功率范围可调、快速启动、热量回收的目的，显著提高综合效率。