本发明公开了一种基于最小二乘法的配电网故障保护方法，在变电站/开闭所设置保护主站，在变电站/开闭所的各处开关位置安装行波传感及控制模块；构建配电线路时间特征矩阵；故障发生后，变电站/开闭所的保护主站采集电流电压值，进行保护启动判据；若满足保护启动判据，保护启动；保护主站接收该配电线路安装的所有行波传感及控制模块传送的行波波头到达时间，构建本次故障时间特征矩阵；基于最小二乘法拟合选出故障区段；保护主站向故障区段两侧行波传感及控制模块下达开关跳闸命令。本发明采用行波波头到达时间作为保护判据，具备不受故障类型、配电网接地方式影响的明显优势，能够满足接入分布式电源的智能配电网的保护要求。