本发明公开了一种基于多种燃烧方式组合的补燃式压缩空气储能系统，包括压缩储能单元和膨胀释能单元，在压缩储能时段，前者将电能转化为压力势能和热能存储；在膨胀释能时段，压缩空气经过空气预热器、低温换热器和高温换热器加热后，进入空气膨胀机做功发电，出口的压缩空气在中温换热器中被加热至预混式燃烧所需的稳燃温度后，进入预混式燃烧器补燃，形成高温烟气在烟气膨胀机中做功发电，出口烟气依次通过集装在余热锅炉中的高温换热器，扩散式燃烧器、中温换热器和低温换热器，余热利用后排入大气。本发明针对不同燃烧方式的特点，集成配置多种燃烧器和配套的换热器，简化了热力系统，降低了研发风险，提高了系统稳定性和储能转换效率。