本发明公开了一种变速抽水压气混合储能设备及其操作方法，涉及新能源电力系统领域。所述储能设备包括：水池；变速抽水蓄能机组，与所述水池连接，所述变速抽水蓄能机组与电网连接；水气共容罐，与所述变速抽水蓄能机组连接；以及压缩机，与所述水气共容罐连接，所述压缩机用于向所述水气共容罐注入空气。本发明中的变速抽水蓄能机组根据水力机械运行水头变幅大的情况特点而改变其运行转速，从而提高整个系统抽水储能过程中的适应性，使整个变速抽水压气混合储能设备在大水头变幅的情况下仍然可以平稳运行。