A.- B._ a travaillé comme aide-infirmière au service de X._. A ce titre, elle était affiliée à la Fondation collective LPP de l'Elvia Vie (ci-après : la fondation LPP).
L'Office AI pour le canton de Vaud a constaté, dans son prononcé du 1er février 1996, que B._ présentait une invalidité de 100 % dès le 19 janvier 1996. Sur la base de cette décision, la fondation LPP lui a octroyé, à compter du 19 janvier 1996, une rente annuelle d'invalidité de 13'440 fr., ainsi qu'une rente annuelle d'enfant d'invalide de 1641 fr. (communication du 27 mars 1996).
Invoquant ultérieurement son erreur, la fondation LPP a réclamé à l'assurée, par lettre du 29 mars 1999, le remboursement de 39'957 fr. 20, montant versé jusqu'au 30 juin 1999, à tort en raison de la surindemnisation. Elle a suspendu provisoirement dès cette date le versement des rentes en cours.
B.- Par écriture du 11 juin 1999 adressée au Tribunal des assurances du canton de Vaud, B._, représentée alors par sa curatrice, a demandé à ce qu'il soit constaté qu'elle ne devait pas rembourser le montant précité.
Sous suite de frais et dépens, la fondation a conclu à l'irrecevabilité de la demande, subsidiairement à son rejet et, reconventionnellement, au paiement de 18'368 fr. avec intérêts à 5 %.
Par jugement du 15 mai 2001, la juridiction cantonale a retenu que B._ n'était pas tenue de rembourser le montant réclamé par la fondation LPP; celle-ci devait reprendre le versement des rentes dues à compter du jour où elles avaient été suspendues.
C.- La fondation LPP interjette recours de droit administratif contre ce jugement dont elle demande l'annulation.
Elle conclut, principalement, à ce que B._ soit tenue de lui rembourser le montant de 9287 fr. 80, et invoque la compensation avec les rentes échues. Subsidiairement, elle demande le renvoi de la cause à la juridiction cantonale pour instruction complémentaire portant sur le montant à restituer et la compensation.
B._ a conclu à l'admission du recours, alors que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer.

Considérant en droit :
1.- a) La contestation en cause relève ratione materiae des autorités juridictionnelles mentionnées à l'<ref-law>. Malgré l'absence d'une disposition légale expresse, le Tribunal fédéral des assurances est en effet compétent pour trancher les questions touchant à la restitution des prestations de prévoyance professionnelle en général (RSAS 2001 p. 485 et les arrêts cités); le recours de droit administratif est recevable de ce chef.
b) En instance fédérale, le litige ne porte plus que sur la demande de la recourante d'un remboursement de 9287 fr. 80 correspondant à la part surobligatoire versée jusqu'en mai 1997, ainsi que sur la question de la compensation.
2.- Selon la jurisprudence, l'obligation de restituer l'indu se fonde en premier lieu sur les dispositions des lois spéciales qui la prévoient et, à défaut, sur les règles générales de l'enrichissement illégitime au sens des art. 62 à 67 CO (<ref-ruling> consid. 3b et les références).
La LPP, qui se rapporte pour l'essentiel de ses dispositions à la prévoyance professionnelle obligatoire (<ref-law>), ne renferme pas de norme relative à la restitution de prestations payées à tort par une institution de prévoyance. Jusqu'à ce jour, la question a été laissée indécise de savoir s'il y avait lieu de faire application de l'<ref-law>, considéré comme l'expression d'un principe de portée générale, ou s'il convenait d'appliquer les règles du CO, aucune des solutions n'étant totalement satisfaisante (cf. <ref-ruling> consid. 3b; Roman Schnyder, Das nichtstreitige Verfahren in Versicherungsfällen der obligatorischen und der erweiterten beruflichen Vorsorge, thèse Bâle 1995, p. 170 sv.).
Dans le cas d'espèce, cette question peut demeurer ouverte dès lors que le litige ne porte pas, en instance fédérale, sur la restitution de prestations de la prévoyance professionnelle obligatoire.
3.- a) Dans le domaine de la prévoyance qui excède le minimum obligatoire (dite prévoyance pré-obligatoire, sous-obligatoire et sur-obligatoire) ou, en d'autres termes, de la prévoyance plus étendue, les droits et les obligations des assurés en matière de prestations découlent principalement du règlement de prévoyance. Lorsque l'affilié est au service d'une entreprise privée, ce règlement est le contenu préformé d'un contrat (sui generis) dit de prévoyance, à savoir ses conditions générales, auxquelles l'intéressé se soumet expressément ou par actes concluants.
Dans le cas des institutions de droit public, les dispositions nécessaires sont édictées par la collectivité dont elles dépendent (<ref-law>), de sorte que les rapports juridiques entre l'institution et l'affilié sont en principe régis par le droit public, fédéral, cantonal ou communal. L'on ne pourrait ainsi invoquer une règle générale (<ref-law> ou <ref-law>) sur la restitution qu'en l'absence d'une norme statutaire ou réglementaire topique (<ref-ruling> consid. 3c et les références citées; RSAS 1999 p. 384).
A défaut de norme statutaire ou réglementaire, peuvent s'appliquer les dispositions générales du CO, dès lors que les contrats innommés tels le contrat de prévoyance sont soumis à la partie générale du CO (<ref-ruling> consid. 3; Walser, Weitergehende berufliche Vorsorge, in : Schweizerisches Bundesverwaltungsrecht [SBVR], Soziale Sicherheit, n° 172, p. 62; Schluep, Innominatverträge in : SPR VII/2 p. 780 sv.). Il en va ainsi des règles sur l'enrichissement illégitime (art. 62 sv. CO) lorsque des prestations ont été indûment payées, cela en raison des relations de nature contractuelle entre l'institution de prévoyance et l'ensemble des employés affiliés (cf. Roman Schnyder, op. cit. , p. 174; Meyer-Blaser, Die Rückerstattung von Sozialversicherungsleistungen, in : RJB 1995 p. 497).
b) Dans le cas particulier, la recourante a versé à tout le moins jusqu'en mai 1997, au titre de la prévoyance professionnelle plus étendue, un montant indu de 9287 fr. 80, montant conforme au demeurant aux pièces du dossier et non contesté. Or ces paiements résultaient d'une erreur de la recourante qui, jusqu'à sa lettre du 29 mars 1999, n'avait pas pris en compte le cumul des prestations au sens de l'art. 23 de son règlement. Il s'ensuit que les conditions d'une répétition de l'indu sont données dès lors que la créance n'est pas prescrite. Pour ce premier motif, le jugement doit être annulé.
4.- Reste à examiner si la recourante est en droit de compenser la créance en restitution de l'indu avec les rentes échues.
a) En droit des assurances sociales, notamment, la compensation est un principe juridique (Rüedi, Allgemeine Rechtsgrundsätze des Sozialversicherungsprozesses, p. 454 et note n° 16, in : Walter R. Schluep et al., "Recht, Staat und Politik am Ende des zweiten Jahrtausends", Festschrift zum 60. Geburtstag von Bundesrat Arnold Koller, Bern, 1993). Certaines lois spéciales règlent du reste la compensation des créances (ex: <ref-law> [<ref-ruling> sv. consid. 2b], <ref-law>, <ref-law>). En l'absence d'une réglementation particulière, le principe de la compensation des créances de droit public est admis comme règle générale (<ref-ruling> consid. 3; Knapp, Précis de droit administratif, 1991, n° 738 p. 162). Dans ce cas, les dispositions du CO qui en fixent les conditions sont applicables par analogie (art. 120 ss. CO; VSI 1994 p. 217 consid. 3).
Toutefois, en raison de la nature des créances qui sont en jeu et par référence à l'<ref-law>, une créance d'une institution de sécurité sociale ne peut être compensée avec une prestation due à un assuré, si de ce fait les ressources de celui-ci descendent au-dessous du minimum vital (<ref-ruling> consid. 2c; RSAS 2000 p. 544; RAMA 1997 n° U 268 p. 39 consid. 3; Moor, Droit administratif, vol II [Les actes administratifs et leur contrôle], n° 1.3.3, p. 57 ss. et les réf.).
b) L'adhésion de l'intimée aux conclusions de la recourante ne saurait être interprétée dans le sens que les conditions de la compensation, rappelées ci-dessus, sont réunies. Par ailleurs, comme le dossier ne permet pas de statuer sur cette question, un renvoi à la juridiction cantonale s'avère nécessaire pour que celle-ci examine les conditions de la compensation entre le montant à restituer (9287 fr. 80) et celui des rentes dont le paiement a été provisoirement suspendu. Dans le cadre de son analyse, la cour cantonale vouera une attention particulière à la question des ressources et du minimum vital de l'assurée au moment déterminant.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral des assurances
prononce :
I. Le recours est admis et le jugement du Tribunal des
assurances du canton de Vaud du 15 mai 2001 est
annulé.
II. B._ restituera à la recourante le montant de 9287 fr. 80, la cause étant renvoyée pour le surplus à la juridiction cantonale pour qu'elle complète l'instruction
au sens des considérants et rende un nouveau
jugement.
III. Il n'est pas perçu de frais de justice.
IV. Le présent arrêt sera communiqué aux parties, au Tribunal des assurances du canton de Vaud et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 19 mars 2002
Au nom du
Tribunal fédéral des assurances
Le Président de la Ière Chambre :
La Greffière :