本发明涉及压缩机技术领域，具体为一种用于离心压缩机的性能测试系统及测试方法，性能测试系统包括控制器、双级压缩机、能量平衡器和混合器，能量平衡器连接有冷却水进水管路和冷却水出水管路，双级压缩机包括串联的低压级压缩机和高压级压缩机，高压级压缩机排出的气体进入能量平衡器的液体空间并生成饱和气体，能量平衡器内的饱和气体通过进入所述混合器，能量平衡器内的饱和液体一部分进入混合器，另一部分供液管路对电机进行冷却并生成过热气体，过热气体进入所述混合器，混合器的出口与所述低压级压缩机的入口连接。简化了整体结构，实现测试系统能量平衡，准确测试双级压缩机吸气、补气和排气工况，满足不同型号及工况压缩机的性能测试。