本发明公开了一种单机双级螺杆压缩超大型超低温空气源热泵机组，包括壳管冷凝器、经济器、高压储液器、蒸发器、翅片换热器、四通阀和单机双级压缩机；经济器设有一进两出，经济器的一个出口通过管路与高压储液器的进口相连通，管路上安装有电子膨胀阀B，经济器的另一个出口通过管路与单机双级压缩机的吸气口B相连接；单机双级压缩机内部设有低压压缩机腔和高压压缩机腔，每个压缩机腔内的一对相互啮合的阴阳转子，低压压缩机腔设有吸气口B，高压压缩机腔设有吸气口A。本发明将单机双级螺杆压缩技术与补气增焓技术相结合，提高制冷剂在超低温环境吸热后焓值，提高机组能效比，实现机组在超低温环境中高质量运行。