本发明公开了一个空间电荷和PD联合测试实验设备及实验方法，设备结构为电源产生系统的高压放大器与空间电荷测量及应力调节系统的上电极相连；电源产生系统的高压直流电源与局部放电测量系统的同步控制装置相连；局部放电测量系统的示波器与空间电荷测量及应力调节系统的超声传感器、天线传感器、放大器和测量电极的输出端相连；应力测量系统的示波器与空间电荷测量及应力调节系统的压电传感器相连；应力测量系统、温度控制及测量系统分别与局部放电测量系统的同步控制装置相连。基于本设备分别对四种典型缺陷复合片状试样开展阶梯加压测试，旨在解决复杂条件下的PD产生机理尚不明确和直流PD表征困难，识别难度大的问题。