本发明公开了一种复合储能变速恒频发电系统，涉及发电系统技术领域，包括叶轮、发电机、飞轮动力总成、变速恒频机构和控制单元；所述飞轮动力总成包括飞轮、电机一和第一行星排，所述第一行星排分别与所述电机一和所述飞轮连接；所述变速恒频机构包括电机二和第二行星排，所述第二行星排分别与所述电机二和所述发电机连接；所述叶轮分别与所述第一行星排和所述第二行星排连接；所述控制单元分别与所述电机一和所述电机二电连接。本发明在发电机与叶轮之间添加了飞轮动力总成和变速恒频机构，解决了因风速波动导致发电机产生的电能不能直接并入电网的问题。