随着电力电子技术的发展,以大功率电力电子装置为代表的电力装备大量涌现,给电力装备的试验研究带来了挑战。由于缺乏足够的试验模拟手段,电力装备的出厂试验往往只能对基本功能进行验证,入网检测则需要在实际的电力系统中进行。这不仅阻碍了电力装备的发展应用,也间接地将电力系统作为了电力装备的“试验场”,影响了系统的安全运行。为了解决这一问题,本文提出了一种基于电压源逆变器(Voltage Source Inverter, VSI)的电力装备试验系统,由三部分组成：数字系统、VSI装置和被测装备。数字系统完成对试验环境的数学模拟,VSI装置作为执行机构,将数字系统的输出放大至电力装备试验要求的水平。被试装备的试验条件可达到与实际应用相当的电压和容量等级。研究了电力装备试验系统理论。给出了基于VSI的电力系统模拟原则和基本构架。根据模拟方式的不同,提出了三种试验系统实现方法：①基于波形特征的电力系统模拟；②基于系统等值模型的电力系统模拟；③基于实时数字仿真的电力系统模拟。研究了VSI装置的逆变侧输出波形控制策略。提出了一种微分环节的分频观测实现方法：在电压波形控制中,该方法实现了电感电流的微分前馈；在电流波形控制中,该方法实现了指令电流的微分前馈。上述前馈环节有效提升了VSI装置的输出性能。针对LCL滤波器,提出了一种结合有源阻尼的改进加权电流降阶法,将控制系统由三阶降为一阶,有利于控制参数的设计。研究了VSI装置的直流侧设计与控制。提出了基于功率耦合分析的直流侧电压状态观测器。通过对波动规律的观测,解决了变频输出和次同步电流源模拟时的直流侧电压平均值求取与控制问题。保证了上述工况下VSI装置的整流侧电能质量和输出波形性能。首次分析并提出了级联型拓扑时的谐波源性能量不均现象,并给出了相应的抑制策略。设计了适合逆变侧级联输出的背靠背拓扑方案,并对整流侧调制策略及高频谐波传播特性进行了分析。结合实际项目需求,研制了两种典型的电力装备试验系统。采用级联多电平拓扑的高压大容量试验系统,实现了基于波形特征的电力系统模拟。结合电力系统实时数字仿真器(RTDS)的低压小容量试验系统,实现了基于实时数字仿真的电力系统模拟。试验系统的研究,为实验室环境下实现完备的电力装备性能试验提供了一种可行的方案。