Вы должны быть в состоянии создать объявление doctype с внутренним подмножеством, которое имеет объявление ENTITY, в виде строки и передать его при сериализации (с помощью tostring () или write ()).
Пример ...
from lxml import etree
doctype = """<!DOCTYPE doc [
<!ENTITY ent SYSTEM "another_doc.xml">
]>"""
doc = etree.Element("doc")
ent = etree.Entity("ent")
doc.append(ent)
print(etree.tostring(doc, doctype=doctype).decode())
отпечатки ...
<!DOCTYPE doc [
<!ENTITY ent SYSTEM "another_doc.xml">
]>
<doc>&ent;</doc>