本发明提供了一种多层级协同补偿的配电网电压优化方法，包括获取目标电网历史数据，构建数据模型，分析影响供电能力和供电可靠性的因素及供电模式，构建不同负荷率、不同功率因数下的配电网规划方案；建立配电网多源协同优化模型，利用多种电压补偿手段对配电网的线路电压质量、线路输送能力、以及线路损耗进行补偿优化。本发明能够明显改善10kV线路的电能质量问题，降低线路损耗，有效的提高了电能的利用率。将本发明应用到具有电压质量问题的10‑35kV配电线路中，将会产生巨大的直接经济利益和社会效益。